Les améliorations de la technologie solaire photovoltaïque sont rapides. Mais comment tester la fiabilité à long terme des nouvelles conceptions ?

La technologie des modules solaires photovoltaïques évolue rapidement et apporte des améliorations continues. Si vite que ce n'est pas une mince affaire juger de la fiabilité à long terme des changements. C'est une question cruciale car les modules, une fois déployés, devraient fournir des résultats sur des durées de vie qui s'étendent sur des décennies. Sara Fall et Jarett Zuboy au NREL décrit un processus conçu pour identifier et résoudre rapidement les problèmes de fiabilité potentiels, avant qu'ils ne soient observés sur le marché. Les chercheurs ont identifié onze tendances technologiques clés réparties en quatre catégories qui doivent être analysées : architecture des modules, interconnexions, technologie bifaciale et technologie cellulaire. Dans leur article publié, les chercheurs donnent l’exemple du passage des conceptions de modules photovoltaïques monofaciaux aux modèles bifaciaux.

Historiquement, les modules photovoltaïques (PV) ont démontré une grande fiabilité, ce qui en fait un élément fiable et croissant des efforts mondiaux de décarbonation. La technologie des modules photovoltaïques a également un historique d'itérations et d'évolution au fil du temps, avec des impacts potentiels sur la fiabilité du module.

Dans cet esprit, les chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) contribuent à identifier les futurs impacts potentiels sur la fiabilité dans un récent article de synthèse. Publié dans Journal IEEE du photovoltaïque, « Prendre une longueur d'avance : évaluation des risques liés à la fiabilité des nouveaux modules photovoltaïques associés aux changements technologiques projetés. » L'article également suggère des domaines dans lesquels des recherches, des normes et des tests supplémentaires pourraient améliorer la fiabilité du module. Les travaux ont été réalisés dans le cadre du Consortium des matériaux de modules durables (DuraMAT).

Anticiper et atténuer les risques liés à la fiabilité des modules

« Anticiper et atténuer les risques liés à la fiabilité des modules est au cœur de la mission de DuraMAT », a déclaré Teresa Barnes, l'une des auteurs de l'article et directrice du Consortium DuraMAT. « Dans cet article, nous commençons identifier les futurs avantages en matière de fiabilité et les défis liés aux matériaux et aux conceptions de modules qui n'ont pas été déployés sur le terrain suffisamment longtemps pour une analyse de défaillance statistiquement valide.»

Répondre aux préoccupations, capturer les connaissances

L'article synthétise les informations sur les modules en silicium cristallin provenant de rapports sur le marché photovoltaïque, d'entretiens avec des chercheurs photovoltaïques et d'autres parties prenantes de l'industrie, ainsi que de la littérature évaluée par des pairs, afin de relier les préoccupations universitaires aux préoccupations du marché et de mieux capturer les connaissances et les perspectives en évolution rapide.

« Nous avons la chance au NREL d'avoir des collègues avec une expertise englobant l’ensemble des technologies de modules et la recherche en fiabilitéainsi que accès à des chercheurs supplémentaires et à des points de vue de l'industrie via DuraMAT« , a expliqué l'auteur Jarett Zuboy, analyste de marché et de politique pour NREL. « Nos discussions avec bon nombre de ces experts ont contribué à façonner et à valider notre analyse des tendances technologiques et des implications en matière de fiabilité, en conjonction avec des sources publiées. »

Quatre catégories de tendances photovoltaïques clés : architecture de module, interconnexions, technologie bifaciale, technologie cellulaire

La synthèse des sources a permis aux chercheurs d'identifier 11 tendances technologiques clés réparties en quatre catégories — architecture des modules, interconnexions, technologie bifaciale et technologie cellulaire. Pour chacune des 11 tendances (répertoriées au bas du graphique ci-dessous), les auteurs ont analysé les facteurs technologiques (tels que l'amélioration des performances, des coûts ou de la durabilité), les projections de déploiement, les implications en matière de fiabilité, les options pour atténuer les risques liés à la fiabilité et la nécessité de des recherches et des tests supplémentaires. Ils ont également exploré interactions liées à la fiabilité entre plusieurs tendances.

Exemple : le passage des conceptions monofaciales aux conceptions bifaciales

À titre d'exemple, l'article détaille le passage en cours des conceptions monofaciales, qui convertissent uniquement la lumière du soleil à l'avant du module, aux conceptions bifaciales, qui augmentent la production d'électricité en convertissant également la lumière reçue à l'arrière du module. Cette tendance conduit au remplacement des polymères opaques par du verre sur la face arrière des modules. Cela conduit également à l’utilisation de verre plus fin à l’avant et à l’arrière des modules, ainsi qu’à une utilisation accrue d’encapsulants à base de polyoléfine.

Cette combinaison de tendances crée des considérations de fiabilité différentes de celles associées aux conceptions de modules monofaciaux.

« Étant donné que des mécanismes uniques de dégradation induite par le potentiel peuvent se produire à l'arrière des cellules et modules bifaciaux, il est nécessaire de développer des tests de dégradation induite par le potentiel spécifiques à cette configuration », a déclaré l'auteur Elizabeth Palmiotti, scientifique des matériaux au NREL. « Des recherches sur la fiabilité sur l'utilisation de verre plus fin – liées à la fois aux impacts de la grêle et à l'intégrité structurelle – ainsi que sur l'utilisation d'agents d'encapsulation mixtes et coextrudés et de feuilles de fond en polymère transparent seraient également précieuses. »

Fiabilité : suivre le rythme des changements rapides et simultanés

Les changements individuels dans la technologie photovoltaïque ont toute une série d'effets potentiels sur la fiabilité des modules, depuis la diminution du risque de problèmes de fiabilité jusqu'à un impact faible ou nul, voire une augmentation du risque. Plus importants – et plus complexes – sont les effets cumulatifs de plusieurs changements à la fois. Pour cette raison, l’article formule des recommandations pour répondre à la complexité de nombreuses tendances technologiques interdépendantes, en plus des recommandations spécifiques à chaque catégorie technologique.

Les chercheurs soulignent le rôle du cycle d'apprentissage de la fiabilité photovoltaïque pour maintenir la qualité des modules en phase avec l'évolution technologique. Le cycle commence par l'introduction de nouveaux produits et conceptions, et les étapes restantes fournissent une évaluation globale de la fiabilité qui comprend des diagnostics sur le terrain, une analyse des défaillances, des tests accélérés et l'élaboration de normes, ainsi qu'une estimation de la durée de vie et une modélisation prédictive. Le cycle recommence lorsque les découvertes précédentes sont intégrées aux améliorations des performances et de la fiabilité des modules grâce à de nouveaux changements technologiques..

Bien que l'article publié ne couvre que les modules en silicium cristallin, l'équipe développe un article de suivi qui inclura également les technologies à couches minces.tout en fournissant des détails supplémentaires sur les principales tendances affectant les technologies du silicium cristallin.

« Le cycle d'apprentissage – y compris le développement de modèles prédictifs – nous aide à aller au-delà de l'analyse à un moment donné pour identifier et résoudre rapidement les problèmes de fiabilité potentiels, avant qu'ils ne soient observés sur le marché« , a déclaré l'auteur Martin Springer, scientifique des matériaux au NREL. « C’est ce que nous entendons par prendre une longueur d’avance. »

Lisez entièrement l'article, « Prendre une longueur d'avance : évaluation des risques liés à la fiabilité des nouveaux modules photovoltaïques associés aux changements technologiques projetés, » depuis Journal IEEE du photovoltaïque. Contacter les auteurs du rapport Jarett Zuboy et Thérèse Barnes pour plus d'informations.

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Sara Automne est chef de projet de communication et rédacteur chez NREL

Jarett Zuboy est analyste des marchés et des politiques chez NREL

Cet article est publié avec la permission du Laboratoire national des énergies renouvelables