Effectuer des mesures sur des installations photovoltaïques
La production d'énergie électrique par cellules photovoltaïques reste populaire. La hausse des prix de l'énergie d'origine fossile, telle que le pétrole et le gaz, rend l'utilisation de l'énergie solaire encore toujours intéressante pour un public de plus en plus nombreux. Maintes entreprises d'installation ont pour activité la pose et la maintenance de ces équipements. Il est primordial que ces dernières disposent des connaissances suffisantes et des outils (de mesure) appropriés pour garantir le rendement optimal des installations photovoltaïques.
Différents types, différents rendements.
Les producteurs de panneaux solaires définissent plusieurs catégories de qualité. Après fabrication, chaque panneau est testé à la lumière artificielle à une certaine température (« STC : Standard Test Conditions » = Conditions de test standard) et le produit en question est qualifié en conséquent. Sur la base des spécifications de produit appartenant à cette catégorie, l'installateur peut calculer ce que sera le rendement de l'installation et si elle répond aux attentes du client. Une fois la pose réalisée, l'installateur ne fera souvent que lire l'affichage de l'onduleur pour déterminer si la puissance (apparente) produite correspond approximativement aux calculs et aux spécifications stipulées.
Les mesures sur les installations PV vont au-delà de la mesure élémentaire du courant et de la tension
Les mesures sur les panneaux solaires doivent prendre en compte divers facteurs qui influent sur les performances des cellules photovoltaïques. Outre les caractéristiques physiques, déterminées dans le processus de production, il existe d'autres facteurs importants tels que la température des cellules et l’irradiation solaire captée par les panneaux. La position géographique, l'orientation et l'inclinaison des panneaux ont également une influence majeure. En outre, la pollution atmosphérique et/ou la réflexion de la surface jouent un rôle dans la quantité de rayonnement solaire qui frappe les cellules. Enfin, il y a aussi une perte due au vieillissement des panneaux solaires, se déclinant par une perte de rendement.
Afin de pouvoir effectuer une bonne mesure malgré tous ces paramètres variables et de pouvoir associer les conclusions aux performances, les résultats de mesure doivent pouvoir être mis en corrélation avec les STC (Conditions de test standard). Ces valeurs STC sont stipulées dans les caractéristiques techniques d'un panneau solaire. Lors de la détermination des valeurs STC, les panneaux doivent être éclairés par exactement 1 000 watts de lumière par m2 à une température de 25 °C. Les STC stipulent également des exigences spécifiques relatives au spectre de la lumière. Effectuer des mesures sur les installations photovoltaïques va donc beaucoup plus loin que mesurer la tension et le courant. La quantité et l'angle d'incidence de la lumière (inclinaison) ainsi que la température des panneaux jouent également un rôle majeur et doivent être mesurés avec précision. Pour cela, on utilise souvent un accessoire séparé (cellule de référence étalonnée) placé à la même inclinaison que le panneau.
Une installation de mesure typique pour les installations photovoltaïques est représentée schématiquement (Figure 1). L'on utilise un instrument principal qui effectue les mesures de courant et de tension, tandis qu'un instrument différent enregistre les autres paramètres des panneaux. Tous les résultats de mesure sont ensuite combinés avec un code temporel synchronisé. Cette méthode de mesure rend superflue l'utilisation de câbles de mesure très longs, ce qui permet à l'inspecteur de travailler plus facilement et de gagner du temps.
Courbe IV
Les panneaux solaires fournissent pratiquement la même tension, que l'intensité lumineuse soit élevée ou faible, en l'absence de charge électrique (tension de circuit ouvert). Cependant, la quantité de courant dépend de l'intensité du rayonnement solaire et non pas tellement de la température ambiante, comme beaucoup le pensent souvent de manière erronée. Si une mesure de tension est effectuée sur un panneau solaire, elle ne révèle que très peu ou rien de sa qualité. Afin de déterminer la puissance d'un panneau, il doit être chargé électriquement pour qu'un courant électrique le traverse. En réduisant progressivement la résistance de la charge, le courant augmentera jusqu'à ce que la tension chute brusquement. Ce point est appelé « Maximum Power Point » (MPP, Point de puissance maximale). Le résultat de la mesure ci-dessus est une courbe dite IV. C’est une représentation graphique, avec la tension sur l'axe horizontal des x et le courant sur l'axe vertical des y. Un panneau qui fonctionne correctement donne la courbe suivante (Figure 2). La tension reste ici pratiquement constante, après quoi elle décroît de façon drastique après avoir atteint le MPP. Pour un panneau qui ne fonctionne pas (ou plus) correctement, on observe souvent une courbe de forme différente, sur laquelle on observe 2 baisses de tension ou plus (Figure 3).
Figure 2 Figure 3
Comme décrit ci-dessus, lors de la détermination de la courbe IV, la quantité de rayonnement solaire et la température doivent également être mesurées, afin que les résultats de mesure puissent être mis en correspondance avec les conditions de test standard (STC). Pour une détermination correcte de la courbe IV d'un panneau solaire, la norme IEC/EN60891 prescrit que le rendement doit être d'au moins 700 W/m2 à ce moment. Cela signifie que la mesure doit avoir lieu dans des conditions d'ensoleillement raisonnables et dans un certain intervalle de temps au cours de la journée. Une mesure prise trop tôt ou trop tard dans la journée peut avoir pour effet que l'angle de rayonnement solaire soit trop important et que les 700 W/m2 prescrits ne soient pas atteints. L'angle d'incidence peut être facilement déterminé à l'aide d'un simple inclinomètre (une sorte de cadran solaire).
Entretien d'installations photovoltaïques
Une installation photovoltaïque correctement installée peut atteindre une grande longévité. Les cellules solaires, en revanche, sont soumises au vieillissement et le remplacement des panneaux sera un jour nécessaire. Outre l'usure normale, certains facteurs ont une influence négative sur les performances et la durée de vie de l'installation. Il y a bien sûr des facteurs externes qui peuvent causer des dommages physiques, tels qu'une tempête ou la grêle. Les effets sont généralement clairement visibles et s'observent immédiatement. Mais les panneaux en place peuvent également être localement occultés en raison de l'encrassement graduel. La poussière ou les excréments d'oiseaux, par exemple, ont pour conséquence que les cellules solaires ne reçoivent pas suffisamment de lumière à certains endroits du panneau. Les différences de température qui en résultent peuvent facilement être rendues visibles à l'aide d'une caméra thermographique. Si la distribution de la température sur un panneau solaire n'est pas homogène, son rendement décroît.
Une autre cause de dysfonctionnements est créée par la froidure. Lorsque la température baisse, les rendement des cellules solaires seront moins bons. À une température inférieure à zéro, la neige et la glace peuvent endommager les panneaux. Le dernier facteur est l'eau de pluie. Une installation photovoltaïque avec une grande quantité de connecteurs et de câbles est toujours exposée aux éléments. Cela peut facilement provoquer de la corrosion, ce qui à son tour provoque des dysfonctionnements.
Finalement, il y a l'onduleur à la longévité inférieure aux panneaux solaires. Il devra être remplacé au moins une fois au cours de la durée de vie des panneaux solaires. En effet, l’onduleur contient des composants électroniques qui vieillissent et défailleront tôt ou tard. Dans de nombreux cas, le remplacement de l'onduleur sera une meilleure option que de le faire réparer.
La maintenance périodique des installations photovoltaïques est donc extrêmement importante pour identifier à un stade précoce les pertes de rendement et les problèmes potentiels.
Cliquez sur le bouton ci-dessous pour un aperçu complet des instruments de test pour les systèmes photovoltaïques.