Les modules photovoltaïques sont l'élément central des systèmes de production d'énergie photovoltaïque. Leur fonction est de convertir l'énergie solaire en énergie électrique et de la stocker dans des batteries ou de l'utiliser pour alimenter des appareils. La puissance de sortie est primordiale pour les modules photovoltaïques. Quels sont donc les facteurs qui influencent la puissance de sortie maximale des modules photovoltaïques ?
1. Caractéristiques thermiques des modules photovoltaïques
Les modules photovoltaïques présentent généralement trois coefficients de température : la tension en circuit ouvert, le courant de court-circuit et la puissance crête. Lorsque la température augmente, la puissance de sortie des modules photovoltaïques diminue. Le coefficient de température crête des modules photovoltaïques en silicium cristallin les plus courants sur le marché est d'environ -0,38 à 0,44 %/°C. Autrement dit, pour chaque degré d'augmentation de température, la production d'énergie des modules photovoltaïques diminue d'environ 0,38 %. Le coefficient de température des cellules solaires à couches minces est nettement inférieur. Par exemple, celui du séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS) n'est que de -0,1 à 0,3 %, et celui du tellurure de cadmium (CdTe) est d'environ -0,25 %, valeurs toutes deux supérieures à celles des cellules en silicium cristallin.
2. Vieillissement et atténuation
Lors d'une utilisation prolongée de modules photovoltaïques, une lente atténuation de leur puissance se produit. La valeur d'atténuation maximale la première année est d'environ 3 %, et le taux d'atténuation annuel sur les 24 années suivantes est d'environ 0,7 %. D'après ce calcul, la puissance réelle des modules photovoltaïques après 25 ans peut encore atteindre environ 80 % de sa puissance initiale.
Il existe deux principaux types d'atténuation du vieillissement :
1) L'atténuation causée par le vieillissement de la batterie elle-même est principalement affectée par le type de batterie et le processus de production de la batterie.
2) L'atténuation due au vieillissement des matériaux d'emballage dépend principalement du processus de fabrication des composants, des matériaux d'emballage eux-mêmes et de l'environnement d'utilisation. Le rayonnement ultraviolet est une cause importante de dégradation des performances des matériaux principaux. Une exposition prolongée aux rayons ultraviolets provoque le vieillissement et le jaunissement de l'EVA et de la feuille arrière (structure TPE), ce qui entraîne une diminution de la transmittance du composant et, par conséquent, une baisse de sa puissance. De plus, les fissures, les points chauds, l'usure due au vent et au sable, etc., sont autant de facteurs courants qui accélèrent la dégradation de la puissance des composants.
Cela exige des fabricants de composants qu'ils contrôlent strictement le choix des EVA et des fonds de panier afin de réduire l'atténuation de la puissance des composants causée par le vieillissement des matériaux auxiliaires.
3. Atténuation initiale des composants induite par la lumière
La dégradation initiale des modules photovoltaïques sous l'effet de la lumière entraîne une chute significative de leur puissance de sortie durant les premiers jours d'utilisation, avant une stabilisation. Différents types de batteries présentent différents degrés d'atténuation sous l'effet de la lumière.
Dans les plaquettes de silicium cristallin de type P (dopées au bore) (monocristallines/polycristallines), l'illumination ou l'injection de courant provoque la formation de complexes bore-oxygène dans les plaquettes de silicium, ce qui réduit la durée de vie des porteurs minoritaires, provoquant ainsi la recombinaison de certains porteurs photogénérés, réduisant l'efficacité de la cellule et provoquant une atténuation induite par la lumière.
En revanche, l'efficacité de conversion photoélectrique des cellules solaires en silicium amorphe diminuera considérablement au cours des six premiers mois d'utilisation, et finira par se stabiliser à environ 70 % à 85 % de l'efficacité de conversion initiale.
Pour les cellules solaires HIT et CIGS, l'atténuation induite par la lumière est quasi inexistante.
4. Protection contre la poussière et la pluie
Une centrale électrique est un ensemble composé de nombreux panneaux photovoltaïques connectés en série et en parallèle. Les notions de physique de base nous apprennent que dans un circuit en série, si un seul élément est déconnecté, le circuit entier est interrompu. Si l'un des circuits en parallèle est déconnecté, les autres restent connectés. Le principe des composants d'une batterie est similaire. Dans une chaîne de panneaux photovoltaïques, si un panneau est bloqué, le flux de courant est interrompu. Quelle que soit la quantité d'électricité produite par les autres panneaux de la chaîne, ils ne peuvent pas fournir la totalité de cette énergie.
Pour expliquer ce phénomène, on peut utiliser la théorie du tonneau : la quantité d'eau qu'un tonneau peut contenir est déterminée par la planche la plus courte. Les autres planches sont inutiles, quelle que soit leur longueur. Le panneau bloqué correspond à la planche la plus courte du tonneau, et c'est elle qui détermine la production d'énergie de l'ensemble des panneaux.
5. Incompatibilité dans le branchement en série des composants
Le déséquilibre observé lors du branchement en série de modules photovoltaïques s'explique aisément par l'effet de tonneau. La capacité d'un tonneau en bois est limitée par la planche la plus courte ; de même, le courant de sortie d'un module photovoltaïque est limité par le courant le plus faible parmi les modules connectés en série. En réalité, il existe toujours un écart de puissance entre les composants, et ce déséquilibre entraîne donc une perte de puissance.
Les cinq points mentionnés ci-dessus constituent les principaux facteurs qui influent sur la puissance de sortie maximale des modules photovoltaïques et entraînent des pertes de puissance à long terme. Par conséquent, l'exploitation et la maintenance des centrales photovoltaïques sont essentielles pour limiter les pertes de rendement dues aux pannes.
Date de publication : 9 octobre 2023