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EnglishRÉSUMÉ
Dans cet article, on s'intéresse à la Dégradation Induite par le Potentiel qui touche la filière photovoltaïque : tout d'abord, les effets qu’il produit pour les différentes technologies de modules photovoltaïques, et sur différentes échelles, ainsi que les causes et facteurs aggravants du phénomène ; ensuite, les différentes méthodes d’analyses et les solutions disponibles aujourd’hui. Le dernier paragraphe est consacré à des cas pratiques observés.
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Benjamin FRITZ : Ingénieur recherche et développement (R&D) Solar Performance, La Possession, Réunion, France
INTRODUCTION
La dégradation induite par le potentiel, plus couramment désignée par le sigle PID (Potential Induced Degradation) est un phénomène provoquant chez les cellules photovoltaïques une perte de rendement due à la présence de courants de Foucault qui s’y forment. La présence de courants de fuite altère les cellules photovoltaïques à l’intérieur même d’un module. Ces courants apparaissent lorsque le cadre du module (ou son environnement immédiat) est à un potentiel beaucoup plus élevé que les cellules.
L’industrialisation des modules photovoltaïques et leur évolution favorisent le phénomène, plus courant en Europe qu’aux États-Unis. Le PID se décrit comme une dégradation rapide d’un module photovoltaïque, engendrant des pertes économiques importantes dans le solaire photovoltaïque.
Après la présentation du concept de la PID, les causes et facteurs aggravant à l’échelle d’une cellule, d’un module et d’une centrale, ainsi que les moyens pour identifier le PID, les recouvrements possibles et leurs impacts, sont étudiés.
1839 – En plongeant une électrode dans une solution conductrice exposée à la lumière, Antoine Becquerel et son fils Edmond découvrent l’effet photovoltaïque .
1921 – Albert Einstein reçoit le Prix Nobel de Physique pour avoir été le premier à expliquer en 1905, l’effet photoélectrique.
1923 – Robert Andrews Millikan reçoit également le Prix Nobel de Physique pour avoir confirmé par ses travaux les prédictions d’Albert Einstein.
1977 – La puissance photovoltaïque installée dans le monde atteint 500 kilowatts (kW).
1978 – Le JPL, un centre de recherche spatial de la NASA en Californie, publie l’effet d’une tension cadre-cellule sur les performances de cellules photovoltaïques, première publication de l’effet PID .
1999 – La puissance photovoltaïque installée dépasse 1 Gigawatt (GW).
2010 – L’ancien fabricant allemand de modules Solon introduit le terme de Potential-Induced Degradation .
2013 – D’après l’ISE Fraunhofer, seuls 4 grands fabricants de modules parmi les 23 existants sont considérés comme non affectés par le PID.
2018 – La puissance photovoltaïque mondiale installée passe la barre des 500 GW.
2020 – Le phénomène n’est pas encore pris compte dans la liste de procédures de test de la norme IEC 61215-1.
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Présentation
1. Différentes filières technologiques, plusieurs PID ?
Un module photovoltaïque (PV) fonctionne comme un générateur électrique qui convertit la lumière en électricité. Depuis la découverte de l’effet photovoltaïque, différentes filières technologiques ont été et continuent d’être développées dans ce domaine. Aujourd’hui, certaines filières sont encore au stade de la recherche et développement, en particulier pour les filières à base de matériaux organiques ou hybrides. Parmi les nouvelles filières en développement, beaucoup progressent rapidement : par exemple, des modules sont déjà réalisés à base de pérovskites ; quant à d’autres, telles que celles qui mettent en œuvre les matériaux nanostructurés, elles en sont encore au stade des recherches fondamentales.
Dans cet article, on s’intéresse à la dégradation induite par le potentiel dans les filières historiques, mais il faudra prendre en compte ce mécanisme de dégradation dans les prochaines générations de cellules photovoltaïques.
En 2020, plus de 90 % de la puissance photovoltaïque installée dans le monde est produite par des panneaux solaires à base de silicium cristallin.
1.1 Modules couches minces
Selon la littérature, les filières à base de silicium amorphe, de séléniure de cuivre indium-gallium et de tellurure de cadmium sont également impactées par le PID. Le mécanisme de dégradation se manifeste par un courant de fuite, principalement attribué à la migration d’ions sodium et aggravé par l’humidité .
HAUT DE PAGE1.2 Modules silicium de type N
En 2005, l’entreprise américaine Sunpower a été confrontée pour la première fois à ce problème. Cette société développe des cellules solaires de type N à contact...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BECQUEREL (A.E.) - Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires. - Comptes Rendus, vol. 9, p. 561-567 (1839).
-
(2) - Environmental qualification testing of terrestrial solar cell modules. - JPL, Hoffman (1978).
-
(3) - PINGEL (S.), FRANK (O.), WINKLER (M.), DARYAN (S.), GEIPEL (T.), HOEHNE (H.), BERGHOLD (J.) - Potential induced degradation of solar cells and panels. - In Proc. 35th IEEE Photovoltaic Spec. Conf., Honolulu, HI, États-Unis, p. 2817-2822 (2010).
-
(4) - LUO (W.), SHENG KHOO (Y.), HACKE (P.), NAUMANN (V.) - Potential-induced degradation in photovoltaic : a critical review. - Energy and Environmental Science (2017).
-
(5) - SWANSON (R.), CUDZINOVIC (M.), DECEUSTER (D.), DESAI (V.), JURGENS (J.), KAMINAR (N.), MULLIGAN (W.), RODRIGUES-BARBOSA (L.), ROSE (D.), SMITH (D.), TERAO (A.), WILSON (K.) - The surface polarization effect in high-efficiency silicon solar cells - (2005).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Modules photovoltaïques (PV) par applications terrestres – Qualification de la conception et homologation – Partie 1 : exigences d’essai - NF 61215-1 - 2017
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Logiciel spécialisé dans l’énergie
Energy Soft https://www.s4e.fr
Instruments de test et mesure
Chauvin Arnoux https://www.chauvin-arnoux.com/fr
Caméras thermiques
Flir System https://www.flir.fr
Drones
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