Effet de l'encrassement sur la performance des systèmes solaires photovoltaïques

Salissure des modules solaires

Les surfaces de collecte de lumière des systèmes d'énergie solaire couvrent plus de 3 000 km2 dans le monde, les modules solaires en représentant la majeure partie. Un problème souvent négligé est la contamination de ces surfaces, appelée "salissure", qui entraîne une réduction significative des rendements énergétiques, en particulier dans les climats arides et semi-arides à forte insolation. En effet, une stratégie inadéquate d'atténuation de l'encrassement dans des endroits à fort potentiel solaire et sujets à l'encrassement peut annuler en quelques semaines les progrès impressionnants réalisés en matière d'efficacité des cellules solaires au cours des dernières décennies.

Avant Solarud, il n'existait pas de solution universelle au problème de l'encrassement en raison de sa variabilité saisonnière et spécifique au site, des différences dans les coûts énergétiques locaux, et de la disponibilité et des coûts des ressources nécessaires au nettoyage, telles que l'eau ou la main-d'œuvre. En effet, un nettoyage fréquent peut augmenter considérablement les coûts d'exploitation et de maintenance et la consommation d'eau, ce qui conduit à la nécessité de technologies d'atténuation de l'encrassement sans eau et peu coûteuses.

Le problème

Le module solaire, pour produire de l'énergie, nécessite un rayonnement direct (ce qui signifie que cette lumière provient directement du soleil). Cependant, outre les facteurs internes (tels que l'indice de réfraction du verre, l'indice de réfraction de l'EVA, la composition du verre, etc.), il existe également divers facteurs externes qui affectent la quantité de rayonnement pénétrant dans le module solaire. L'un de ces facteurs est l'encrassement, et la perte de puissance associée à ce facteur est connue sous le nom de perte due à l'encrassement. L'encrassement fait référence à l'accumulation de terre, de particules de poussière, etc. sur le module solaire.

Cette accumulation de saleté entrave le passage du rayonnement solaire dans le module solaire. Cela entraîne principalement une réduction de la puissance de sortie du module solaire. Cette puissance de sortie réduite peut persister jusqu'à ce que le module soit nettoyé, ce qui peut ne pas être assez tôt, entraînant des défauts de points chauds et d'autres dysfonctionnements. Le résultat final de l'encrassement est qu'il entraîne une perte d'argent s'il n'est pas traité correctement. Dans un marché où le retour sur investissement et l'économie sont si importants, personne ne peut se permettre de perdre de l'argent.

3 facteurs influençant l'encrassement et la perte de puissance :

1. Conditions climatiques : Les conditions climatiques locales, conjointement avec la situation géographique de la centrale solaire, peuvent avoir un effet significatif sur l'encrassement. Les conditions locales peuvent être extrêmement sèches/humides ou une combinaison de temps extrêmement sec et humide (dans quelques cas). Ceci, en plus du vent continu, déposera des particules de terre et de poussière sur le module solaire. À long terme, en raison de cycles climatiques secs et humides répétés, il peut arriver que ces particules s'accumulent le long du cadre du module, ce qui est appelé cimentation. Ces particules de poussière cimentées sont (généralement) inamovibles, ce qui entraîne une réduction fixe de la puissance de sortie du module et endommage davantage le module de manière permanente.
2. Angle d'inclinaison des modules : L'angle d'inclinaison des modules est connu pour affecter la production d'une centrale photovoltaïque. Il est reconnu que l'angle d'inclinaison optimal est la latitude d'un endroit donné. Néanmoins, en raison de l'augmentation de la longueur des ombres à des angles plus élevés et/ou des contraintes d'espace, l'angle d'inclinaison est généralement maintenu à des angles plus faibles. Cependant, c'est un fait moins connu que des angles d'inclinaison aussi faibles (aussi bas que 5º dans quelques cas) entraînent un dépôt accru de poussière. Solarud peut fonctionner avec des angles d'inclinaison aussi bas que 2 degrés. Un facteur de perte d'énergie due à l'encrassement (généralement entre 3 % et 5 %) est pris en compte lors de la conception de la centrale et des pertes de puissance allant jusqu'à 10 %-12 % peuvent être observées et sont signalées en raison de la diminution de cet angle d'inclinaison.

Sachez qu'il est conseillé d'utiliser 2 pièces Solarud près de chaque coin du module si les modules sont en position portrait, et 3 pièces Solarud si les modules sont en position paysage (la troisième étant placée au milieu de la largeur du module). En regardant l'image ci-dessus, vous pouvez sûrement comprendre pourquoi.

3. Type de liquide utilisé pour le nettoyage : Ce facteur peut être directement attribué à la composition chimique du liquide et à son effet direct sur la surface du verre. Quelques gouttes du liquide de nettoyage ont toujours tendance à adhérer au verre solaire lorsque le module est nettoyé. Ce liquide, en s'évaporant, peut laisser derrière lui quelques-uns de ses dépôts qui varient généralement en épaisseur. Cela entraînerait une diminution de la transmittance du verre (comme le montre le graphique 1), ce qui entraîne directement une perte de puissance de sortie du module. De plus, la composition chimique variable réagit principalement avec la surface du verre (et son ARC) ce qui peut soit faire coller et déposer la poussière sur le verre.

Bien que les paramètres mentionnés ci-dessus soient importants car ils fournissent des informations sur la manière dont les pertes dues à l'encrassement se produisent et les facteurs qui les affectent, il est essentiel, en cas d'encrassement du module, de nettoyer ces modules pour retrouver leur puissance de sortie.

Cependant, quelques facteurs cruciaux affectent le cycle de nettoyage. Ces facteurs sont les suivants :

Gain de puissance vs fréquence de nettoyage : Il est de notoriété publique que le nettoyage d'un module solaire est important. Mais il est nécessaire de comprendre précisément quelle devrait être la durée du cycle, car le cycle de nettoyage est toujours associé à un coût. Le résultat du cycle de nettoyage est que la production d'énergie de la chaîne nettoyée (et/ou de la centrale solaire) augmente, ce qui entraîne une augmentation des revenus. Cependant, il est important de comprendre si cette augmentation des revenus compenserait le coût du nettoyage.

De plus, il est également important de comprendre à quelle fréquence le cycle de nettoyage est requis et si un nettoyage régulier compenserait son coût. Le gain d'énergie par rapport au nombre de cycles de nettoyage est illustré ci-dessous. Il est clair qu'il y aurait plus de 25 % de perte d'énergie si aucun cycle de nettoyage n'était entrepris pendant un mois. Pour un cycle bimensuel, hebdomadaire et bihebdomadaire, la production d'énergie augmente en conséquence.

Effet sur les composants du module (principalement le verre, l'EVA) : Alors que les deux points précédents pouvaient être visualisés physiquement et facilement surveillés, l'effet sur les composants du module ne peut être ni vu ni mesuré. Cela est dû au fait qu'une fois que la poussière commence à se déposer sur le verre, elle détériore la qualité du verre. De plus, plus la poussière reste longtemps sur le verre, plus il y a de chances qu'elle, avec l'humidité, puisse s'infiltrer dans le module.

Cette infiltration, en plus d'une perte de puissance du module (à court terme), entraîne une détérioration de la qualité du module à long terme et finit par rendre le module inutilisable. Un tel module (s'il n'est pas changé immédiatement) pourrait avoir un effet significatif sur la puissance de sortie de l'ensemble de la chaîne. Vous pouvez calculer les économies d'énergie à l'aide de notre logiciel de calcul.

Un autre effet secondaire de l'encrassement, et la plupart du temps négligé car il nécessite un équipement spécial (caméra thermographique) pour être détecté, est la formation de points chauds à un stade précoce et de sous-chaînes ouvertes à plus long terme.

Lorsque des dépôts restent au-dessus du verre, ils ont tendance à créer des points chauds. Ces points chauds créent une résistance dans les cellules du module et la performance du module diminue également, affectant non seulement ce module mais parfois toute la chaîne ou l'ensemble de l'installation selon la disposition du site. Si ces points chauds ont tendance à rester plus longtemps que prévu, ils pourraient entraîner des défauts majeurs comme des sous-chaînes ouvertes ou un bypass de module.

Ces points chauds peuvent être évités en utilisant Solarud, surtout s'ils résultent de l'accumulation d'eau et de poussière près du bas des modules. Comme vous pouvez le voir ci-dessous, un point chaud au bas du module a été créé par le dépôt de poussière. Cela aurait pu être minimisé si Solarud avait été utilisé dans cette centrale solaire.

De plus, ces points chauds peuvent parfois provoquer des incendies où certains ou tous les modules de l'installation solaire sont endommagés par le feu, et les bâtiments et personnes à proximité peuvent être affectés. Alors, si vous pouvez minimiser ou éliminer ce risque en utilisant un simple morceau de plastique près du bas des modules, pourquoi prendre le risque ?

Enfin, mais non des moindres, la sous-estimation des pertes dues à l'encrassement est également due à un effet particulièrement insidieux. Dans la plupart des cas, le capteur d'éclairement subit la même quantité de saleté que les panneaux solaires photovoltaïques. Par conséquent, le niveau d'éclairement mesuré diminue, même si l'éclairement réel reste le même. La diminution de l'éclairement mesuré compense la diminution de la production d'électricité des panneaux, de sorte que le PR ne change pas, masquant ainsi efficacement les pertes. Ce dernier commentaire sera abordé dans un futur article de blog.

Cordialement,
L'équipe Solarud