Détecter les dysfonctionnements des modules et installations solaires » Tester les installations photovoltaïques
Dernière modification le 23.12.2024 | Temps de lecture : 8 minutes
Deux facteurs ont rendu les installations photovoltaïques intéressantes pour les particuliers, pour la production d'électricité : d'une part, la forte augmentation des prix de l'énergie, et d'autre part les aides de l'État en faveur des énergies renouvelables et d'une transition énergétique rapide. Ces appareils sont très avantageux pour les propriétaires de véhicules électriques, par exemple, qui peuvent faire le plein gratuitement, pour ainsi dire, avec l'électricité solaire qu'ils produisent eux-mêmes.
Les artisans et les entreprises utilisent également les toits et les espaces libres disponibles pour produire de l'électricité grâce à la force du soleil et réduire ainsi les coûts d'exploitation.
Les onduleurs d'alimentation du réseau dotés d'une électronique intelligente et d'une connexion directe à Internet permettent d'avoir en permanence un aperçu précis des performances de l'installation.
Ainsi, une baisse de rendement indique très souvent un dysfonctionnement dans l'installation. Découvrez ci-dessous le fonctionnement d'une installation photovoltaïque et les solutions en cas de panne.
Pour trouver rapidement la panne du système photovoltaïque en cas de dysfonctionnement, il est nécessaire de connaître la structure et le fonctionnement d'un panneau solaire ou d'une installation solaire complète.
Cellule solaire
1) Lumière du soleil | 2) Électrode négative | 3) Silicium dopage N | 4) Couche limite | 5) Silicium dopage P | 6) Électrode positive | 7) Consommateur (ampoule)
Un module solaire se compose d'un nombre plus ou moins important de cellules photovoltaïques . Chaque cellule photovoltaïque comprend elle-même deux très fines couches de silicium ultra-pur, auquel on ajoute de manière ciblée des impuretés comme le bore ou le phosphore.
On parle de dopage positif au bore et de dopage négatif au phosphore.
À la jonction des deux couches semi-conductrices, il se forme ce que l'on appelle une jonction PN (couche limite).
Pour plus de détails sur la structure et le fonctionnement exact d'une jonction PN, reportez-vous à notre guide sur la diode 1N4148.
Dans une cellule solaire, l'incidence de la lumière du soleil (photons) dans la couche limite libère des électrons qui génèrent une tension électrique aux bornes de connexion.
Module solaire
Une seule cellule solaire d'une taille de 156 × 156 mm, par exemple, peut fournir une quantité considérable d'électricité en cas de fort ensoleillement.
Toutefois, la tension électrique est relativement faible. Avec le silicium, la tension aux bornes d'une cellule photovoltaïque individuelle est d'environ 0,5 à 0,7 V. C'est pourquoi les différentes cellules photovoltaïques sont connectées les unes derrière les autres (en série) au sein d'un module. C'ette installation est similaire à celle des piles d'une lampe de poche, qui sont également connectées en série pour garantir une tension plus élevée.
Sur les modules solaires représentés sur la photo, 36 cellules sont connectées en série pour former ce que l'on appelle des strings. Ce montage permet d'obtenir une tension à vide (bornes de raccordement ouvertes) de 24,9 V.
Après avoir été soudées, les cellules sont laminées entre deux films et sont ainsi protégées de manière optimale contre l'humidité. Un cadre en aluminium avec une vitre et un boîtier de raccordement avec un film arrière complètent la structure d'un module solaire.
Nos recommandations
Champ solaire
1) Cellule solaire | 2) Module | 3) String
Un champ solaire se compose de plusieurs modules (2) reliés entre eux. Les différents modules sont reliés en série pour former ce que l'on appelle des strings (3).
Le nombre de modules connectés en série dépend de l'espace disponible et donc du nombre de modules possibles.
Il est important de vérifier que la tension totale (tension à vide) de tous les modules montés en série ne dépasse pas la tension d'entrée de l'onduleur.
Pour obtenir la puissance souhaitée, on installe plusieurs strings en parallèle dans un champ solaire. Le nombre de modules par string doit toujours être le même.
Onduleur et accumulateur d'énergie
Les modules solaires (1) sont conçus pour fournir une tension continue, et celle-ci doit être transformée en tension alternative à l'aide d'un onduleur (2). C'est la condition pour pouvoir, via un compteur bidirectionnel (3), alimenter le réseau électrique public ou de l'utiliser dans une installation domestique (5).
Sur la plupart des onduleurs, il est possible de brancher un accumulateur d'énergie (4) ou Battery Energy Storage System (BESS). L'accumulateur d'énergie est une grande batterie chargée avec du courant continu et qui restitue du courant continu.
Lorsque l'installation solaire ne fournit pas assez d'énergie électrique (les jours de mauvais temps par exemple), voire pas du tout (la nuit), l'accumulateur prend le relais et sert de source d'énergie et alimente les consommateurs avant que le courant ne soit prélevé sur le réseau.électrique.
L'acquisition et la mise en place d'une installation photovoltaïque représentent un investissement important. Il est donc judicieux de vérifier son bon fonctionnement.
La solution la plus simple et la plus économique consiste à lire le compteur de courant. Notez à intervalles réguliers les chiffres affichés et comparez-les.
Autre solution : les onduleurs avec écrans fonctionnels intégrés sont parfaitement adaptés pour obtenir rapidement un aperçu de la performance de l'installation photovoltaïque, par exemple lorsque les données sont représentées sous forme de diagrammes à barres avec des axes temporels.
Dans la version la plus conviviale, des enregistreurs de données permettent de stocker les différentes valeurs caractéristiques de l'installation. Les données peuvent ensuite être consultées à tout moment et où que vous soyez, depuis votre smartphone.
Quel que soit le type de surveillance, l'utilisateur peut obtenir rapidement des données significatives sur les performances de l'installation dans certaines situations météorologiques.
Par conséquent, il est possible de se rendre compte très vite d'une baisse de puissance de l'installation photovoltaïque, ou d'une puissance maximale plus faible.
Notre conseil pratique : tenir compte de la dégradation lors de l'évaluation des performancesnser
Les modules photovoltaïques sont exposés toute l'année aux intempéries et aux influences environnementales sans aucune protection. Outre les contraintes mécaniques dues à la pluie, à la neige et à la grêle, les modules doivent également supporter des températures élevées, le gel et un rayonnement UV non négligeable. Au total, les modules solaires sont donc soumis à un vieillissement naturel pouvant entraîner une diminution de leur performance (dégradation). Les modules solaires cristallins perdent lentement mais continuellement environ 10 à 15 % de leur puissance sur une période de 20 à 25 ans.
Afin de pouvoir localiser précisément l'erreur ou le défaut et d'y remédier en cas de panne ultérieure, il est nécessaire de disposer d'une documentation complète sur l'installation. Cette documentation doit vous être fournie par le vendeur ou l'installateur, lors du montage ou au plus tard lors de la mise en service. Les schémas de connexion et de câblage ainsi que les protocoles de mesure sont ici très utiles, car en cas de panne, il est possible de comparer les valeurs obtenues avec les données de mise en service des protocoles de mesure.
Panne de l'onduleur
L'onduleur est la pièce maîtresse de toute installation photovoltaïque alimentée par le réseau.
Ce composant assez sensible réagit très vivement aux fortes variations de courant et de tension. Mais des influences extérieures peuvent également avoir un effet négatif sur l'onduleur.
Gardez le mode d'emploi à portée de main afin de pouvoir attribuer correctement le code d'erreur si un dysfonctionnement survient (affichage sur l'écran ou via une LED).
La plupart du temps, les documents décrivent également toutes les étapes à suivre pour tenter de résoudre le problème avant de demander l'intervention de spécialistes.
Ombre et points chauds
Sur l'illustration de gauche, toutes les cellules solaires d'un module participent à la production d'électricité (ligne rouge). Sur l'illustration de droite, les strings avec les cellules à l'ombre (en gris) sont pontés par des diodes de dérivation.
En cas d'ombrage, non seulement les cellules concernées ne produisent pas de courant, mais elle ont en plus un effet de résistance. Le rendement électrique des cellules actives du module s'en trouve ainsi considérablement réduit.
Comme les cellules à l'ombre deviennent très chaudes en raison du courant élevé du module, il se forme un point chaud qui finit par détruire la cellule.
Pour éviter ce problème, les fabricants intègrent des diodes bypass dans les boîtiers de raccordement des modules solaires.
Dans ce cas, les diodes présentent pour le courant une résistance nettement inférieure à celle des cellules ombragées et court-circuitent la chaîne avec les cellules concernées. Cela permet d'éviter efficacement la formation de points chauds.
Une perte de performance insidieuse
Une diminution progressive des performances peut être liée à un dysfonctionnement de l'appareil, mais ce n'est pas systématique. Il arrive aussi souvent qu'avec le temps, la croissance d'arbres ou de buissons créent de l'ombre sur les modules solaires.
Des salissures étendues et tenaces, qui ne sont pas effacées par l'eau de pluie, peuvent également être la cause de baisse de puissance. Dans ce cas, le nettoyage professionnel des modules solaires permettra de retrouver un rendement élevé. d'augmenter à nouveau considérablement le rendement.
Performances différentes ou insuffisantes des strings
Lorsque tous les strings d'une installation photovoltaïque ont la même structure et que les modules sont orientés de la même manière, il est possible d'effectuer des mesures comparatives pertinentes.
On se rend compte alors très rapidement si l'intensité du courant dans un string est plus faible que dans les autres strings.
Il est également possible de comparer les valeurs mesurées avec les données des protocoles de mesure établis lors de la mise en service.
Les pinces ampèremétriques ou ampèremètres à pince sont idéales pour mesurer rapidement l'intensité car il n'est pas nécessaire de sectionner les lignes électriques pour effectuer la mesure.
Lorsqu'une installation photovoltaïque a perdu en puissance, il faut déterminer la cause du problème et y remédier. Il existe différentes approches.
Contrôle visuel
Lorsqu'un string a été identifié comme défectueux, il convient d'effectuer d'abord un contrôle visuel des modules solaires qui le composent. Il est très facile de voir si, par exemple, la grêle a détruit la plaque de verre ou si de fines fissures se sont formées dans le verre (appelées traces d'escargot). Selon l'ancienneté du dommage, il est également possible de décler des traces d'oxydation dues à l'infiltration d'humidité.
Mais un contrôle visuel permet également de détecter assez facilement les boîtes de jonction défectueuses ou les câbles endommagés par des morsures d'animaux. Des changements de couleur localisés ou des détériorations du film arrière peuvent également indiquer la présence de cellules éventuellement surchauffées et défectueuses.
Contrôle métrologique
Si les modules concernés ne présentent pas de dommages visibles, il convient de procéder à un examen métrologique. Lors de ce contrôle, il est intéressant d'effectuer plusieurs mesures comparatives avec des modules de construction identique afin de pouvoir identifier clairement les modules défectueux. Les paramètres les plus importants sont la tension à vide et le courant de court-circuit, lorsque les modules sont orientés de manière identique par rapport au soleil.
Pour les modules qui n'atteignent plus leur puissance maximale, vérifiez les diodes bypass.
Si les diodes ont été surchargées et présentent un court-circuit, les strings associés à la diode dans les modules ne peuvent pas contribuer à la production de courant. Si une coupure est présente au niveau des diodes, les cellules défectueuses ou ombragées du module ne sont plus pontées, ce qui entraîne également une baisse de la production de courant.
Il est possible d'effectuer des mesures sur les diodes à l'aide d'un multimètre. Pour éviter les erreurs de mesure, les diodes doivent être démontées ou au moins dessoudées d'un côté. La procédure de mesure des diodes est décrite de manière détaillée dans notre fiche-conseil sur le multimètre.
Notre conseil pratique : soyez très prudent lors des mesures sur les installations photovoltaïques
Contrairement à la mesure du courant avec un ampèremètre à pince dont il a déjà été question, d'autres mesures nécessitent une grande expérience dans le domaine de l'électronique et de la technique solaire. De même, il faut disposer de connaissances approfondies sur les dangers qui y sont liés et tenir compte des mesures de sécurité nécessaires. En effet, dans les grandes installations où de nombreux modules ont été connectés en série pour former une chaîne, des tensions de plusieurs centaines de V peuvent apparaître, même en cas de faible ensoleillement.
Contrairement à l'ampèremètre à pince, dont la manipulation est très facile, d'autres mesures nécessitent une grande expérience dans le domaine de l'électronique et de la technique solaire. L'utilisateur doit également disposer de connaissances approfondies sur les dangers qui y sont liés et tenir compte des mesures de sécurité préconisées. En effet, dans les grandes installations où de nombreux modules ont été connectés en série pour former une chaîne, des tensions de plusieurs centaines de V peuvent être générées, même en cas de faible ensoleillement.
Thermographie à l'aide d'une caméra thermique
Pour effectuer un contrôle optique et métrologique aisément, il faut que les modules soient facilement accessibles, par exemple dans le cas d'une installation au sol. Si les modules sont montés sur le toit d'une maison, le contrôle devient déjà plus difficile. Dans ce cas ou dans le cas de champs solaires en saillie avec un très grand nombre de modules solaires, il est possible d'utiliser le procédé de thermographie à l'aide d'un hélicoptère RC ou d'un drone.
Les images thermographiques ci-dessous montrent, à titre d'exemple, différents types de défauts des installations solaires ; ceux-ci sont facilement reconnaissables, même par des personnes moins expérimentées, grâce aux différences de luminosité.
Module avec points chauds
Module avec strings défectueux
Module en panne
String en panne
Pour obtenir des images parlantes avec un appareil de thermographie, le rayonnement global doit être d'au moins 600 W par mètre carré ou, idéalement, de 800 à 1000 W/mètre carré. L'angle d'observation par rapport aux modules ou l'angle de mesure de la caméra thermique doit également être de 50° à 80°.
Les spécialistes qui effectuent ces vols de drones avec une caméra thermique savent très précisément quand et comment effectuer les mesures. l'analyse des images leur fournit alors une base pour proposer une réparation ou une remise en état du système.
La possibilité de réparer un module solaire dépend de plusieurs facteurs :
Type de dommage
Certains prroblèmes techniques peuvent être résolus facilement et rapidement : câbles de raccordement endommagés, fiches de connexion brûlées, boîtes de jonction ou diodes bypass défectueuses.
Notre conseil pratique : remplacer les diodes Bypass
Important : remplacez les diodes défectueuses par des diodes Schottky ayant les valeurs de courant et de tension. En effet, ces diodes ont une chute de tension dans le sens du flux nettement plus faible que les diodes au silicium standard.
La tâche est plus ardue si la plaque de verre sur la partie supérieure du module est endommagée. La question se pose alors de savoir si le verre seul est endommagé ou si les cellules solaires situées en dessous le sont également.
Dans ce cas, il faut d'abord déterminer par une mesure la puissance actuelle du panneau solaire endommagé.
En effet, si le dommage est déjà ancien, l'humidité et la saleté qui s'infiltrent avec le temps entraînent l'oxydation des cellules solaires situées sous le verre ou de leurs connexions (reportez-vous à l'image du paragraphe Contrôle visuel).
Âge, dimensions et état
Si la cause de la baisse de puissance n'est pas clairement identifiable, il faut vérifier l'âge du module. En effet, les fabricants de modules photovoltaïques accordent parfois une garantie de performance assez longue sur leurs modules solaires. Demandez conseil à votre revnedeur en cas de doute.
Il arrive de temps en temps que la plaque de verre des nouveaux panneaux ait été endommagée pendant le transport. Les panneaux continuent alors de produire les valeurs maximales de tension et de courant indiquées dans les fiches techniques. Dans ce cas, il est possible de sceller la plaque de verre brisée avec une résine de coulée ou un vernis adapté et de sauver ainsi le module.
Pour les modules plus anciens et plus petits, qui ont perdu de leur puissance, le solution du scellement n'est plus rentable. Dans ce cas, le remplacement du module défectueux est la meilleure solution. Mais il arrive malheureusement souvent qu'un module de la taille et de la puissance requises ne soit plus disponible dans le commerce. Dans ce cas, faites appel à une entreprise spécialisée dans la réparation et la reconstruction de modules solaires. La demande d'installations solaires étant en augmentation constante, il est facile de trouver sur Internet aussi bien des entreprises spécialisées que des spécialistes du montage et de l'entretien des installations solaires (solaristes).
Il est important d'effectuer régulièrement sur les installations solaires des contrôles visuels approfondis ou des mesures précises du courant à l'aide d'un ampèremètre à pince. Ces contrôles sont faciles à réaliser et ne nécessitent pas de grandes compétences techniques.
Toutefois, si des dommages importants doivent être réparés sur l'installation photovoltaïque, il est préférable de confier les travaux à des spécialistes confirmés. D'autant plus que les travaux doivent souvent être effectués en hauteur et nécessitent de vastes connaissances techniques.
Même si les sites de vidéos spécialisés proposent différentes vidéos sur le remplacement de diodes bypass défectueuses ou sur le scellement de modules photovoltaïques défectueux, nous déconseillons vivement de réaliser ces travaux soi-même si l'on ne dispose pas des connaissances nécessaires. Il est préférable de choisir au préalable des modules solaires de haute qualité et de souscrire une assurance spécifique qui, en cas de grêle par exemple, prendra en charge tous les frais occasionnés par la réparation et la perte d'utilisation.