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2 - DIFFÉRENTS NIVEAUX D’ÉCHELLE POUR LE PID

3 - MÉTHODES DE CARACTÉRISATION DU PID

4 - SOLUTIONS CONTRE LE PID

5 - RÉVERSIBILITÉ INCOMPLÈTE DU PID

6 - EXEMPLES DE CAS

7 - CONCLUSION

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Article de référence | Réf : BE8581 v1

Exemples de cas
Dégradation induite par le potentiel PID

Auteur(s) : Benjamin FRITZ

Relu et validé le 04 févr. 2021

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RÉSUMÉ

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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Auteur(s)

  • 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.

Aperçu historique

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8581


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6. Exemples de cas

6.1 Recouvrement passif

Dans un premier cas, il s’agit d’une centrale photovoltaïque de 100 kWc pour laquelle la présence de la dégradation induite par le potentiel est avérée, qui a fait l’objet d’une opération de recouvrement totale, c’est-à-dire une mise à la terre (figure 27).

Le ratio de performance (PR) est le rapport entre la puissance délivrée et le rayonnement solaire, qui est déterminé, selon l’équation suivante :

PR= E g F t H i P c ( 1 )

avec :

Eg
 : 
énergie électrique produite,
Ft
 : 
facteur de transposition,
Hi
 : 
irradiation reçue,
Pc
 : 
puissance crête totale.

Pour une centrale photovoltaïque correctement installée, le ratio de performance varie généralement entre 60 et 80 %. Si le taux est supérieur à 80 %, c’est généralement dû à une sonde d’irradiation mal calibrée. Si le taux est inférieur à 60 %, la centrale est victime d’incidents (disjonction, défaut d’isolement, onduleur à l’arrêt, etc.) ou sinon, il s’agit encore une fois d’une erreur liée à la sonde d’irradiation. On distingue nettement la baisse du ratio de performance de la centrale depuis sa mise en service durant les cinq premières années d’exploitation puis une augmentation du PR les deux années suivantes grâce au recouvrement passif. Tous les onduleurs ont été mis à la terre comme cela est indiqué sur la figure ...

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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).

  • ...

NORMES

  • Modules photovoltaïques (PV) par applications terrestres – Qualification de la conception et homologation – Partie 1 : exigences d’essai - NF 61215-1 - 2017

1 Annuaire

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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

DJI https://www.dji.com

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