S1-2 - Photovoltaïque sur réseau Technique générale

Bureau d’études indépendant

Spécialiste des énergies solaires2020

b/ Les modules photovoltaïques

2

Cellule cristalline

Film isolant électrique Tedlar (backsheet)

Verre

Cadre (aluminium ou résine) + Joint d’étanchéité

Boite de raccordement

Encapsulant EVA

Encapsulant EVA

33

Principales technologies

Demande globale 2019 : environ 115 GWc

44

Silice et siliciumLa silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium (SiO2) La silice représente 60% de la masse de la croûte terrestre continentale. Après l’oxygène, le silicium est l’élément le plus abondant dans la lithosphère,

Le silicium est extrait de l’oxyde par des procédés métallurgiques (n’existe pas à l’état naturel). Pureté selon application industrielle du silicium : – silicium métallurgique et chimique(pureté à 99%) - acier (ferro-alliages) et aluminium, chimie : silicones– silicium solaire (pureté à 99,999 9%)

– silicium électronique (pureté à 99,999

999 99%) : semi-conducteurs

Silicium : pays producteurs

55

Fabrication

66

Fabrication

Lingot poly-C (Elkem)

Les fours

poly-C

mono-C

7

Principe de fonctionnement de la cellule photovoltaïque

8

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosolaire/vid/animpv_logs.mp4ou

https://www.youtube.com/watch?v=23i-_v_tWTA

Couche supérieureBusbar

Rayonnementsolaire

Réfléchi

Transmis

Epaisseur d’une cellule PV~170µm (0.17mm)

Couche anti-reflexionSiO2

I

Phosphore

Bore

Évolution des rendements

9 (NREL - nov 2019)

1010

Les modules photovoltaïques

Principe de mise en série de 36 cellules photovoltaïques.

Un module standard actuel est composé de

60 ou 72 cellules

Les modules photovoltaïques

11

Cellule cristalline

Film Tedlar

Verre

Cadre aluminium

Joint d’étanchéité

1212

Les modules photovoltaïques

Un module nouvelle génération

contient 120 ½ cellules avec 2 ou 3 boites de jonction au centre du module

U≈ 0,5V

I ≈ 8A

U≈ 0,5V

I ≈ 4A- +

U≈ 30V

I ≈ 8A

U≈ 30V

I ≈ 8A

U≈ 30V

I ≈ 4A

U≈ 30V

I ≈ 4A

- - +

P≈ 4W

1313

1

2

3

4

5

Puissances spécifiques

1. Poly-cristallin (170 W/m²)2. Mono-cristallin (190 W/m²) 3. Mono-cristallin HP (210 W/m²)4. Silicium amorphe (75 W/m²)5. Si. amorphe semi-transparent (45 W/m²)

+ hétéro-jonction+ tandem

Rappels d’électricité

• U : tension (Volt - V)

• I : courant (Ampère - A)

• P : puissance (Watt - W)

• Pc : puissance d’une cellule, d’un module, d’un système mesuré dans les Conditions Standard de Test (Watt-crête - Wc)

• Les Conditions Standard de Test – STC :

– Éclairement énergétique = 1 000 W/m²

– Tcellule = 25 °C

– A.M = 1,5

• En courant continu : basse tension entre 120 et 1 500 V

– Puissance : P = U x I (en W ; Watt)

– Energie : E = U x I x t (en Wh ; Wattheure)

• En courant alternatif (monophasé) basse tension entre 50 et 1 000 V

– Puissance active : P = U x I x cos phi (W ; Watt)

– Puissance apparente : S = U x I (en VA)

– Energie : E = U x I x cos phi x t (en Wh ; Wattheure)

14

15

Les modules photovoltaïques : caractéristiques I-V et P-V pour une cellule seule (6’’ 156x156mm)

Icc=9,5

Impp=9,0

Vmpp = 0,56 Vco = 0,67

9

6

3

12

0,22 0,44 0,66

Pmpp=5 W

2

4

16

Les modules photovoltaïques

17

Protection des modules

Diodes de by-pass contre les ombrages partiels (dans boîte de

jonction)

18

Fonctionnement des diodes

Module à 3 diodes

Spécification des modules photovoltaïques

• Pm Puissance nominale (dans les conditions STC, en Wc)

• Icc Courant de court circuit (en A)

• Voc Tension de circuit ouvert (en V)

• Vmpp Tension à puissance maximale (en V)

• Impp Intensité à puissance maximale (en A)

• ki Coefficient de température pour l’intensité (en %/°C)

• kv Coefficient de température pour la tension (en %/°C)

• kp Coefficient de température pour la puissance (en %/°C)

• TUC (NOCT en anglais) Température d’Utilisation des Cellules (en °C)

• I=f(V) Diagramme des caractéristiques

• Surface active des cellules (en m²)

• Rendement du module (en %)

• Certification (NF EN 61215 ou 61646)19

Dysfonctionnements électriques modules ?

Ombrage partielCela entraîne un effet de mismatch (decalage), disparitédes paramètres électriques des modulesConséquence: Le point de fonctionnement du champ PV estdetermine par le module de plus faible efficacitéSolution: changer les chaînes de modules ou utiliser desmicro-onduleurs ou optimiseurs

Encrassement des panneauxParticules de fumée, déjections animals, végétaux, sableConséquence: Baisse de performance, points chaudslocalisésSolution: nettoyage des modules

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Dysfonctionnements électriques modules

OxydationDue à une infiltration d’air dans l’encapsulant,Phénomène commun dans les bâtiments d’élevage, en bordde mer, en climat tropicalConséquence: Effet de mismatch, disparité des paramètresélectriques des modulesSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement

Brunissement (marque brune)Dû à une reaction chimique incontrôlée entre lesmatériaux, causant généralement lejaunissement/brunissement du plastique blancConséquence: dégradation –décoloration de l’encapsulant,perte accélérée de rendementSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement

21

Dysfonctionnements électriques modules

Traces d’escargot (snail tracks)Une décoloration grise/noire sur la couche de métallisationdu panneau (sur les électrodes en argent). Les effetsressemblent à une trace d’escargot, démarrant souvent aubord de cellule et suivant des fissures (parfois invisibles)Conséquence: Perte de performance non-systématiqueSolution: Vérifier par monitoring les défauts liés auxmodules

Sectionnement des interconnexionsDû à une cellule défectueuse ou liaison bus-bar et suivantune déconnectionConséquence: Déconnexion électrique de la cellule PV oude la série de cellules, perte de performanceSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement

22

Dysfonctionnements électriques modules

DélaminationPerte d’adhesion entre verre, encapsulant et cellule PVConséquence: Introduction d’air/humidité, risqué decorrosion, augmentation de l’acide acétique à la surface descellules(produit par la dégradation de l’EVA)Solution: Contacter le fabricant PV pour remplacement

Hot spotImportant courant de court-circuit à travers une cellulenon-protégée par une diode by-pass,Consequence: Importante dissipation d’énergie qui a lieulocalement, entraînant un échauffement anormal localisé.Peut conduire à des effets destructifs (craquage du verre,dégradation de la celluleSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement

23

Dysfonctionnements électriques modules

Potential Induced Degradation(PID)Circulation d’un courantélectrique induit dans le module

Décollement de face arrièreLes dommages sur le bord peuvent créer un chemin directoù l'eau liquide pénètre dans un module pendant unetempête de pluie ou en présence de rosée.Conséquence: cela peut créer un chemin électrique direct àla terre, induisant un problème de sécurité très sérieuxSolution: Contacter le fabricant PV pour remplacement

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Source : IEA PVSP T13

https://youtu.be/8k63eAr80kA

Dysfonctionnements électriques modules

25

Critères de choix des modules

Puissance unitaire (W/m²) + productivité (Wh/Wc.an)

1. Certifications:

NF EN 61215 / 61646

NF EN 61730

(UL 1703)

2. Tolérance sur Pc(+/- 3% à +/- 10%) tol. positives!

3. Constante de température (-% de Pc/°C)

4. Tests complémentaires:

NF EN 61701(Brouillard salin) / IEC 62716 (Ammoniaque)

… Etc suivant conditions spécifiques.

5. Garanties fabricant (à vérifier) + assurances

6. Prix au Wh/Wc.an26

27

Coûts marché des modules

2828

Contenu énergétique / énergie grise

2929

Temps de retour énergétique

AIE / EPIA

Recyclage en fin de vie

( > 90%)

Association Européenne :

www.pvcycle.org

Recyclage

30Source projet européen CABRISS

% masse

3131

Recyclage : centres de collecte

Filière collective de gestion de la Responsabilité Élargie du Producteur (REP) : Fabricant, importateur, revendeur/distributeur, vendeur à distance,

Trouvez le point d’apport

volontaire le plus proche

sur www.pvcycle.fr.

Après le démontage,

déposez ou faites

déposer vos panneaux

photovoltaïques au

point d’apport

volontaire.

… puis sont

transportés vers

un centre de

recyclage

Les panneaux sont

placés dans les

conteneurs situés

dans les points

d’apport

volontaire... Les matières premières

secondaires peuvent être

utilisées dans de nouveaux

produitsContactez PV CYCLE pour

organiser la collecte sur site

Un camion sera envoyé pour

transporter vos équipements

usagés vers un centre de

recyclage.

PETITS VOLUMES

GROS VOLUMES

3232

Recyclage : centres de collecte

Association Européenne de fabricants (plus de 200 points de collecte) : www.pvcycle.org

Filière collective de gestion de la Responsabilité Élargie du Producteur (REP) : Fabricant, importateur, revendeur/distributeur, vendeur à distance,

33

Usine VEOLIA Rousset (13)

Recyclage

https://www.youtube.com/watch?v=gw_meqs6OCw

70% Verre

85%Réutilisation de la

matière

96% Valorisation (Réutilisation matière +

valorisation énergétique)

12% Aluminium

1% Cuivre

4% Silicium

9% PlastiqueValorisation énergétique

(incinération)

4% Rebus

34

Merci,

et à bientôt !