La durabilité/fiabilité des panneaux photovoltaïques est un enjeu économique et environnemental. Ils doivent résister au moins 25 années en opération, soumis aux conditions extérieures.

La norme IEC 61215 définit les essais qui doivent permettre d'identifier les panneaux les moins robustes. Toutefois ces essais sont aujourd'hui jugés insuffisants pour éprouver la fiabilité des panneaux. La plupart des centres de recherche et des entreprises réalisent donc des tests renforcés, en multipliant par deux voire trois les exigences de la norme, ce qui est coûteux et rallonge les temps de développement.

Dans le cadre de l'ITE INES.2S, le CEA à l'INES développe une méthode de vieillissements accélérés/combinés, baptisée STROKE, qui permet de révéler les mécanismes de dégradation des modules photovoltaïques en limitant la durée et le nombre de tests.

Une série de tests portant sur des références commerciales représentatives des produits actuels du marché a permis de valider la démarche. L'étude a permis d'appliquer aux panneaux les tests demandés par la norme et en parallèle d'utiliser la méthode de vieillissements accélérés/combinés du CEA afin de comparer le temps d'apparition des pertes de performances et dégradations associées. Les résultats montrent un gain de temps significatif sur les essais en humidité, aux UVs, et en cyclage thermique. 

L'objectif de l'augmentation des niveaux de stress de chaque test est de réduire le temps nécessaire pour identifier un mode de dégradation (voir l'illustration sur l'exemple du test DH) ou de renforcer un test dont le niveau est trop faible.

Les résultats démontrent l'accélération des mécanismes de dégradation par l'application de la méthode STROKE. Avec une durée totale de 90 jours, au lieu de 6 mois, pour réaliser cette séquence de vieillissement accéléré/combiné, le gain de temps devient significatif et met en évidence les mécanismes de dégradation ; un lien de causalité basé sur la loi d'Arrhenius et l'énergie d'activation des matières polymères révélant ainsi les facteurs les plus impactants.

La méthode sera approfondie avec un nombre plus important de références dans les mois à venir.

Comparaison du temps de détermination des pertes en puissance Max (Pmax) entre la norme et STROKE – Test DH

Quels tests sont réalisés classiquement pour éprouver la fiabilité des panneaux photovoltaïques ?

• Le test DML (dynamic mechanical load) simule les stress mécaniques subis par les panneaux lors du transport, de l'installation, etc. Il peut révéler, suite à ces sollicitations mécaniques, l'apparition de fissures dans les cellules et la dégradation d'interconnexions défectueuses.
• Les essais en chaleur humide (DH) ont pour but de mettre en évidence la sensibilité des panneaux à l'humidité.
• Les vieillissements en chambre UV permettent de mettre en évidence la sensibilité des cellules, des encapsulants ou film de polymères pour l'adhésion et des interconnexions des modules aux irradiations UV. Diverses dégradations peuvent être constatées, comme la décoloration de cellules ou le jaunissement des encapsulants.
• Le test CT (température cycle) simule les cycles thermiques que subissent les modules en conditions réelles par les cycles jour/nuit. Ces cycles de température sont accélérés en enceinte afin de mettre en évidence leurs effets sur les panneaux. Les modes de dégradations les plus couramment constatés suite à ces essais sont la dégradation des interconnexions et la délamination du module.
• Le test d'humidité et de gel (HF humidity freeze) peut mettre en évidence une corrosion des cellules et des interconnexions ainsi que la délamination du module.

Lancé en 2019, INES.2S est un institut de la transition énergétique (ITE). Porté par le CEA à l'INES, il a pour mission de développer en France une filière industrielle d'intégration de l'énergie solaire photovoltaïque, en appui de la loi de Programmation Pluriannuelle de l'Énergie.  L'ITE INES.2S est cofinancé par le gouvernement français dans le cadre du Programme d'Investissements d'Avenir (ANR-10-IEED-0014-01).