Les backsheets au polyfluorure de vinylidène (PVDF) au banc d’essai

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D’après pv magazine International

Sur le terrain, les backsheets à base de polymères figurent parmi les composants les plus problématiques pour les modules PV, avec notamment différents types de défaillances des backsheets entraînant fréquemment des problèmes graves de performance et de sécurité.

Les essais accélérés constituent donc un outil important pour repérer les éventuels défauts sur un module avant que celui-ci ne soit utilisé sur le terrain. Néanmoins, de nombreux matériaux employés dans la fabrication des films arrière n’ayant pas enregistré de problème lors des tests, réalisés conformément aux normes du secteur fixées par la Commission électrotechnique internationale et d’autres entités, ont pourtant présenté des défaillances sur le terrain.

Il y a plusieurs années, le géant des matériaux DuPont, installé aux États-Unis, a lancé un nouveau test séquentiel baptisé MAST (module accelerated sequential testing), conçu pour simuler au mieux les conditions sur le terrain et au cours duquel les modules PV sont exposés à des séries répétées de hautes températures, d’humidité et de rayonnements ultraviolets. En outre, l’entreprise a continué à développer ce concept avec des scientifiques pour mettre au point différents tests exposant les modules à plusieurs stress en même temps. Ces tests, appelés C-AST (combined accelerated sequential testing), permettent de simuler des conditions climatiques spécifiques, par exemple les déserts secs ou les régions tropicales humides.

Au cours de nouveaux travaux de recherche, des scientifiques du National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis et du SLAC National Accelerator Laboratory ont collaboré avec DuPont pour tester des modules dotés de backsheets intégrant une couche de polyfluorure de vinylidène (PVDF). Leur objectif était de mieux comprendre les mécanismes de la dégradation du matériau observée sur le terrain et de mettre au point des tests accélérés qui les reproduisent avec précision.

Les scientifiques estiment que les backsheets contenant du PVDF représentent environ 50 % de parts de marché à l’heure actuelle, ce matériau se déclinant sous différentes formes en fonction du fabricant. Une étude de terrain réalisée par DuPont montre que 23 % des films arrière PVDF ont subi une défaillance après neuf années d’utilisation. DuPont fabrique le matériau Tedlar, une alternative au PVDF qui est aussi couramment utilisée dans les backsheet des modules PV.

Changement de matériaux

Le groupe a soumis les modules à une série de simulations de conditions climatiques difficiles, séquentielles et combinées, notamment de cycle thermique, chaleur humide, rayonnements ultraviolets, stress mécanique, gouttes de pluie et tension du réseau. Le protocole de test est décrit dans l’article « A study of degradation mechanisms in PVDF-based photovoltaic backsheets », publié dans Scientific Reports.

Ces échantillons ont été comparés avec deux modules utilisés pendant près de sept ans en Arizona et dans l’ouest de l’Inde. Le groupe a remarqué une cristallinité accrue dans le PVDF, laquelle joue probablement un rôle dans les fissures qui représentent la défaillance la plus fréquente, mais indique que des recherches plus approfondies sont nécessaires pour confirmer le mécanisme à l’origine des fissures sur le PVDF.

Les deux types de test accéléré ont engendré des dégradations des backsheets du même ordre que celles remarquées sur le terrain, même si, dans les deux cas, elles n’ont pas présenté suffisamment de similitudes pour établir avec certitude les mécanismes ou les causes qui en sont à l’origine.

« Ni le test individuel, ni le test séquentiel n’a reproduit exactement les mécanismes de dégradation observés sur les backsheets sur le terrain ; toutefois, le test MAST a été utile pour recenser les faiblesses du matériau qui ont mené à la défaillance, a conclu l’article. En dépit du fait que les tests C-AST et MAST n’ont pas imité complètement la nature complexe de l’environnement extérieur, ils restent tous deux valides pour repérer les mécanismes de défaillance en extérieur sur les backsheets PVDF ».

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