Prédire l’espérance de vie des panneaux solaires

Les panneaux solaires sont exposés à diverses conditions environnementales, qui dégradent le matériau au fil des ans. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux (IWM) de Fribourg-en-Brisgau (Bade-Wurtemberg) ont développé une méthode par laquelle l’effet de ces influences peut être calculé sur le long terme. Ceci permet des prédictions fiables de la durée de vie des panneaux.

Bien que la plupart des fabricants de panneaux fournissent à leurs clients jusqu’à 25 ans de garantie, eux-mêmes ne savent pas se prononcer de façon fiable sur la durée de vie prévue des panneaux. Pour être autorisés au fonctionnement, les modules solaires doivent en effet répondre à certaines normes. Pour cela, ils sont exposés à des températures élevées ou à des charges mécaniques lourdes dans différentes expériences. « Cependant, les résultats indiquent uniquement sur la robustesse d’un nouvel exemplaire contre des charges extrêmes à court terme. Pour déterminer la durée de vie réelle, les effets liés à l’âge tels que la fatigue des matériaux sont au contraire pertinents, et ils ne se produisent qu’au fil du temps », explique Alexander Fromm, de l’Institut Fraunhofer IWM.

 

Les scientifiques de l’IWM travaillent, dans le cadre du projet « Fiabilité des modules photovoltaïques II » financé par le Ministère fédéral de l’environnement (BMU), à une nouvelle méthode de prédiction de la durée de vie des modules solaires. « Avec notre principe à deux volets, nous combinons les données de mesure réelles avec une simulation numérique », explique M. Fromm. Pour cela, les scientifiques étudient dans un premier temps sur le terrain l’impact du stress mécanique sur l’installation. En effet, le poids de la neige, les variations de température et les rafales de vent génèrent des contraintes mécaniques ou des déformations dans les panneaux. Ceci conduit à long terme à une fatigue du matériau. Le matériau d’enrobage à base de plastique et surtout les connecteurs de cellules (de minces bandes de cuivre avec lesquelles les cellules solaires sont reliées entre elles) sont particulièrement sensibles.

 

Afin de comprendre les facteurs qui influent sur le matériau, les chercheurs ont équipé un module solaire complet de capteurs mesurant, via les variations de résistance, les déformations sur la surface des composants. Ensuite, les contraintes mécaniques du matériau ont pu être calculées. Lors de l’évaluation, les scientifiques ont découvert que même un léger vent suffit à générer une vibration dans le module. Cette vibration est d’autant plus prononcée que la température ambiante est élevée. En outre, la fréquence d’oscillation augmente au cours du temps, car la matière plastique devient, sous l’action de rayonnements UV, plus rigide et cassante.

 

Par la suite, un modèle détaillé de simulation 3D a été développé pour le module solaire. Sur la base des résultats de mesure sur le terrain, des déductions à l’aide de calculs numériques sont faites pour expliquer comment les influences de l’environnement impactent à long terme les composants du module, et quelles contraintes mécaniques se produisent dans le matériau. « Nous avons par exemple constaté grâce à la simulation que la fragilisation induite par les UV joue un rôle dans la fatigue du matériau beaucoup plus important que nous le pensions », déclare M. Fromm. Afin de prédire la durée de vie d’un module, les chercheurs combinent les mesures sur le terrain avec des valeurs caractéristiques connues de résistance des matériaux correspondants. Ces chiffres illustrent à partir de quel degré de contrainte le matériau est susceptible de se briser ou de se détacher.

 

Le processus est prêt à être utilisé dès aujourd’hui. Pour créer des prédictions optimales et fiables, les développeurs ont néanmoins besoin de données sur les matériaux aussi détaillées que possible, ainsi que d’informations sur la géométrie du module à tester. « Notre méthode n’offre pas un test en masse, mais est au contraire adaptée à chaque client », explique M. Fromm. Sur la base de leurs calculs, les chercheurs peuvent ensuite non seulement tirer des conclusions sur la durée de vie prévue, mais mettre aussi en lumière un potentiel d’amélioration en termes de géométrie et de matériau. Enfin ces résultats permettent d’étudier les différents matériaux et les contraintes mécaniques caractéristiques de chacun d’entre eux dans le module.

 

Pour en savoir plus, contacts :

 Alexander Fromm, Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux (IWM) – tél. : +49 761 5142 134 – email : alexander.fromm@iwm.fraunhofer.de

 

Sources :

 « Lebenserwartung von Solarmodulen vorhersagen », communiqué de presse de la Société Fraunhofer – 01/10/2013 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/0UCU3

 

Rédacteurs :

 Hélène Benveniste, helene.benveniste@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr/