Étude de la dégradation et de la fiabilité des modules photovoltaïques - Impact de la poussière sur les caractéristiques électriques de performance

Cette these constitue une contribution a la maitrise du comportement des performances des modules photovoltaiques durant leur cycle de vie. D’une part, elle traite de la degradation et de la fiabilite des modules et d’autre part, l’impact des depots de poussiere sur les caracteristiques electriques de performances. Pour mieux cerner la thematique, nous avons juge utile de proceder a une etude bibliographique detaillee sur un sujet encore peu investi. Celle-ci a permis d’etablir que la corrosion (19%), la decoloration (12%) et la delamination (42%) constituent les principaux modes de degradation des modules PV. Notre etude est essentiellement circonscrite en zone sahelienne pour laquelle nous n’avons pas recense de travaux relatifs a cette problematique. Ainsi, pour mener nos travaux, une plateforme experimentale a ete mise en place afin de disposer d’une base de donnees relative aux conditions environnementales de fonctionnement reel et aux parametres electriques de performances des modules PV. L’exploitation de cette base de donnees a permis de determiner les conditions dominantes de fonctionnement des modules, d’evaluer leur degradation apres quelques annees de fonctionnement et d’estimer leur fiabilite dans un tel contexte environnemental. Les modules fonctionnent pendant 50% de l’annee entre 30°C et 65°C. Pour l’humidite, ils sont entre 65% et 98% pendant 60% de l’annee. Ils sont exposes a une radiation UV comprise entre 10W.m-2 et 40W.m-2 pendant 40% de leur exposition annuelle. L’etude de la degradation des modules photovoltaiques a principalement porte sur les caracteristiques electriques de performance en l’occurrence le courant de court-circuit, la tension en circuit-ouvert, le facteur de forme, la puissance maximale, le courant et la tension maximal mais egalement sur les caracteristiques de transfert courant-tension (I-V) et puissance-tension (P-V). Deux approches pour l’evaluation de la degradation des modules sont proposees. La premiere, EDMS (Evaluation de la Degradation des Modules photovoltaiques par Standardisation) est basee sur la standardisation des mesures realisees en conditions reelles. La deuxieme approche, EDMA (Evaluation de la Degradation des Modules photovoltaiques par Analyseur) utilise l’analyseur de modules photovoltaiques de type IV-400. Cette etude a montre que les modules etudies ayant fonctionne entre un an et demi et cinq ans presentent une degradation annuelle moyenne de la puissance de 3,65% avec une nette variation d’un module a un autre et d’une technologie a une autre. L’impact des depots de la poussiere sur les caracteristiques de performance des modules PV est mis en evidence via une etude experimentale dediee. Celle-ci a montre une degradation de la puissance maximale de plus de 70% observee sur des modules apres une annee d’exposition sans nettoyage. Ensuite, la correlation entre la variation des performances des modules PV et la densite des depots de poussiere sur la surface exterieure des modules a ete etudiee. Pour cela, une methode de mesure de la densite de poussiere deposee sur les modules est proposee. Enfin, une methodologie et un outil base sur les essais acceleres et dedie a l’estimation de la fiabilite et la duree de vie des modules sont proposes. Cet outil, EFMPV (Estimateur de Fiabilite des Modules PV) est developpe sous l’environnement Scilab. Il a montre que la fiabilite et la duree de vie des modules sont plus sensibles a la temperature du module qu’a l’humidite relative. Lorsque la temperature augmente de 10°C, la duree de vie diminue d’un facteur 3 environ. Une variation de l’humidite relative de 10%, induit une diminution d’une annee en moyenne de la duree de vie des modules exposes sur notre zone d’etude.