Plusieurs laboratoires indépendants pratiquent régulièrement des tests pour évaluer les performances des panneaux solaires. Dans cet article nous allons voir qui sont ces laboratoires et en quoi consistent ces tests.
1/ Les différents laboratoires, base de données, et commissions techniques
Le PVEL : Photovoltaic Evolution Labs
Il est basé à Napa, en Californie. Il se donne pour mission de tester la fiabilité et les performances étendues pour les technologies solaires photovoltaïques et de stockage dans le but de soutenir la communauté mondiale d’acheteurs de panneaux photovoltaïques en générant des données qui accélèrent l’adoption de la technologie solaire.
Certisolis (filiale du groupe CSTB et du LNE)
Il est basé au Bourget du Lac, en France. C’est un laboratoire d’essais et organisme indépendant de certification des modules photovoltaïques.
TUV Rheinland
Cela représente plusieurs laboratoires d’essais partout dans le monde et une implantation forte également en France (un laboratoire d’essais à côté de Lyon et un à côté de Lille et des bureaux à Nancy et Paris). TUV Rheinland teste des systèmes techniques et des produits dans le monde entier.
Solar Analytica
C’est une base de données mondiale sur l’énergie solaire.
Les panneaux solaires y sont notés suivant les critères suivants :
- Design : type de cellule et de configuration, contact, encapsulation, certifications, récompenses,
- Durabilité : Test de charge, essai de chaleur humide, cyclage thermique, dégradation induite par le potentiel (PID), résistance au brouillard salin, résistance à l’amoniac, résistance au sable et à la poussière, résistance à la grêle,
- Efficacité : Efficacité max du module, coefficient de température, tolérance de puissance positive, densité de puissance maximale (NOCT)
- Performance : Dégradation la 1ère année, dégradation annuelle après la 1ère année, durée de garantie de performance, assurance de garantie de performance
- Garanties : Période de garantie, durée d’existence de l’entreprise, réseaux d’installateurs certifiés, Santé financière du fabricant
- Total (note sur 100)
IEC : International Electrotechnical Commission
Ce n'est pas un laboratoire mais une organisation mondiale qui prépare et publie des normes internationales pour toutes les technologies électriques, électroniques et connexes.
Elle définit notamment comment doivent être organisés les tests sur les panneaux photovoltaïques.
La production de panneaux solaires étant mondialisée, cette liste n’est pas exhaustive (on peut par exemple citer RINA qui est également un organisme de certification).
2/ Les différents tests techniques
Les essais climatiques
Le cyclage thermique : Résistance aux changements de température
Pendant leur durée de vie, les panneaux seront soumis à des changements de températures journaliers, entre jour et nuit et entre saisons.
Pour tester cette résistance, les panneaux sont soumis à 200 cycles de -40°C jusqu’à 85°C
La chaleur humide : Impact de la chaleur et de l’humidité sur la fiabilité des modules, c’est à dire notamment la sensibilité à la pénétration d’humidité et de corrosion.
Pour tester ces impacts, les panneaux sont soumis 1000 heures à 85°C et à 85% d’humidité relative
Fuite humide
Le but de ce test est d’évaluer l’isolation du module contre la pénétration d’humidité dans des conditions de fonctionnement humide par exemple pluie, brouillard, rosée, neige fondue.
Pour ce test, le module est immergé dans un réservoir (de manière à ce que toutes les surfaces exceptées les entrées de câbles des boites de jonction non conçues pour l’immersion soient couvertes). Une tension de test est appliquée entre les connecteurs de sortie court-circuités et la solution de bain-marie jusqu'à la tension maximale du système du module pendant 2 minutes.
Le gel / dégel / humidité
Dans un panneau, certains composants (boîte de jonction, feuille arrière (backsheet), adhésif de fixation du cadre, et le matériau d’encapsulation (EVA) peuvent absorber de l’humidité. En hiver, l’humidité absorbée peut créer des cristaux de glace qui peuvent endommager le panneau.
Le test évalue si et dans quelles mesures ces composants peuvent résister à la combinaison humidité + températures de congélation
Les panneaux sont testés pendant 10 cycles de -40°C à +85°C et à 85% d’humidité relative
L’exposition aux UV
L’exposition au rayonnement solaire provoque un certain nombre de processus irréversibles dans le temps, entrainant des effets indésirables sur les performances et l’aspect des panneaux
Les panneaux sont testés à 15 kWh/m² ou 60 kWh/m²
Les essais mécaniques
Charge mécanique / contraintes mécaniques : Vulnérabilité à la fissuration sous la pression
On cherche ici à déterminer si les modules photovoltaïques sont vulnérables à la pression (par exemple en cas de neige, vent ou glace) et si les dommages aux cellules sont susceptibles de provoquer une perte de puissance ou de créer des risques (points chauds).
Le test de charge mécanique intervient après le test de la chaleur humide donc se fait donc sur un échantillon qui a subi un stress environnemental sévère.
2400 Pa sont appliqués (ce qui équivaut à une pression de vent de 130 km / heure) pendant 1 heure sur chaque face du module.
Si le module doit être qualifié pour résister à de fortes accumulations de neige et de glace, la charge appliquée à l'avant du module au cours du dernier cycle de cet essai est augmentée de 2 400 Pa à 5 400 Pa.
Impact de la grêle
Ce test cherche à vérifier si le panneau st capable de résister à l’impact des grêlons qui sont à une température de -4°C.
On utilise un lanceur capable de propulser diverses boules de glaces à des vitesses spécifiées de manière à frapper le module à 11 emplacements d’impact spécifiés.
Les essais électriques et photoélectriques
Dégradation induite par le potentiel (PID)
Le PID est un phénomène provoquant une perte de rendement des cellules photovoltaïques par la présence de courants de fuite. Il est observé dans la plupart des systèmes photovoltaïques non mis à la terre, dans les projets qui utilisent des onduleurs sans transformateur, en particulier dans les environnements à haute température et à forte humidité.
Le PID est parfois réversible, mais un PID sévère et permanent peut réduire le rendement énergétique jusqu’à 30%.
Au cours de ce test, 1kV positif (PID+) ou 1kV négatifs (PID-) de tension à la masse est appliquée dans des conditions d’essai de chaleur humide (T = 85 ° C, taux d’humidité de 85%)
Puissance à faible irradiance
Dans ce test, sont déterminés les performances électriques du module lorsqu’il est sous faible éclairement.
L’irradiance est la mesure de la puissance d’un rayonnement électromagnétique par unité de surface (en W/m2). Dans les tests classiques de puissance des panneaux, le module est soumis à une condition d’irradiation de 1000W/m2. Or dans la réalité, le panneau fonctionnera dans une large gamme d’irradiation.
Le courant d’un panneau solaire baisse presque linéairement avec la baisse de l’irradiation.
Dégradation induite par la lumière (LID)
L’exposition à la lumière déclenche des phénomènes cellulaires qui ont un impact sur le rendement des panneaux. Le climat chaud accentuerait cette dégradation.
Le test consiste à exposer le module à la lumière naturelle ou artificielle pendant un certain laps de temps (5 à 20kWh/m2 et plus si besoin) pour mesurer l’évolution de la puissance nominale
Endurance aux points chauds
On cherche ici à déterminer la capacité du module à résister à un échauffement localisé provoqué par des cellules fissurées et dépareillées, des défaillances d’interconnexion, un ombrage partiel, ou des salissures.
Dyode bypass
La diode bypass est un composant critique qui détermine le comportement thermique du module dans des conditions de point chaud et affecte la fiabilité du panneau.
Pour ce test, il est nécessaire de fixer un thermocouple au corps de la diode, de chauffer le module jusqu’à 75°C et d’appliquer un courant égal au courant de court-circuit Isc (intensité de court-circuit) pendant 1 heure. Ensuite, le courant est augmenté à 1,25 fois le courant de court-circuit du module Isc tel que mesuré dans les conditions de laboratoire (STC) pendant encore une heure tout en maintenant la température du module à la même température
Il faut noter que les panneaux sont testés dans des conditions de laboratoire, appelées conditions STC (Standard Test Conditions) qui ne représentent pas tout à fait la réalité. La multiplicité du nombre de tests essaie de palier à ce manque.
La liste des tests cités ci-dessus n’est pas exhaustive, mais mentionne les tests les plus importants à l’heure actuelle.