[Série 1/3] Combien de temps durent les panneaux solaires résidentiels en toiture ?

D’après pv magazine USA

Les panneaux solaires résidentiels sont souvent vendus dans le cadre d’un prêt à long terme ou d’un leasing, les propriétaires s’engageant pour des contrats sur 20 ans voire davantage. Mais combien de temps durent ces panneaux, et quelle est leur résistance ?

La durée de vie d’un panneau photovoltaïque dépend de nombreux facteurs, notamment du climat, du type de module et du système de support. Si les panneaux n’ont pas en soi de « date de péremption », une perte de production au fil du temps oblige souvent à remplacer l’équipement.

Le meilleur moyen pour vous aider à prendre une décision éclairée entre la conservation de votre panneau pendant encore 20 à 30 ans et le passage à une technologie à niveau consiste à surveiller les taux de production. Selon le National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis, la perte de production au fil du temps, appelée dégradation, est d’environ 0,5 % par an.

Généralement, les fabricants considèrent qu’au bout de 25 à 30 ans, la dégradation accumulée est suffisante pour qu’il soit temps d’envisager le remplacement d’un panneau. D’après le NREL, les garanties fabricant standard pour un module solaire sont de 25 ans.

Si l’on prend comme valeur de référence un taux de dégradation annuel de 0,5 %, un panneau de 20 ans est en mesure de produire 90 % environ de sa capacité d’origine.

La qualité du panneau peut avoir un certain impact sur le taux de dégradation. Le NREL indique que certains fabricants de premier ordre, tels que Panasonic ou LG, affichent des taux d’environ 0,3 % par an, tandis que d’autres marques montent à 0,8 %. Au bout de 25 ans, ces panneaux de grande qualité produisent donc toujours 93 % de leur production d’origine ; l’exemple de dégradation la plus élevée produisait 82,5 % de la capacité d’origine.

Une part considérable de la dégradation est attribuée à un phénomène appelé le PID (potential induced degradation), ou dégradation induite par le potentiel, un problème que rencontrent certains panneaux, mais pas tous. Le PID se produit lorsque le potentiel de tension du panneau et le courant de fuite entraînent la mobilité ionique au sein du module entre le matériau du semi-conducteur et les autres éléments du module tels que le verre, la fixation ou le cadre. Cela provoque une baisse de la capacité de production d’électricité du module, parfois de manière significative.

Certains fabricants choisissent des matériaux résistants au PID pour le verre, l’encapsulage et les barrières de diffusion.

Tous les panneaux subissent également ce que l’on appelle la dégradation induite par la lumière (light induced degradation, LID) : les panneaux perdent en rendement au cours des premières heures d’exposition à la lumière du soleil. Le LID varie d’un panneau à l’autre en fonction de la qualité des wafers en silicium cristallin, mais il se traduit généralement par une perte de rendement, qui n’intervient qu’une seule fois, de 1 à 3 % d’après le laboratoire de tests PVEL, PV Evolution Labs.

Conditions climatiques

L’exposition aux conditions météorologiques est le principal responsable de la dégradation des panneaux. La chaleur est un facteur clé à la fois de la performance à l’instant T et de la dégradation sur le long terme. La chaleur ambiante a des effets négatifs sur la performance et l’efficacité des composants électriques, indique le NREL.

La fiche technique du fabricant précise le coefficient de température du panneau, lequel permet de déduire la capacité du panneau à fonctionner correctement à des températures élevées.

Ce coefficient permet de calculer la perte de rendement à l’instant T pour chaque degré Celsius supplémentaire au-dessus de la température standard de 25°C. Par exemple, un coefficient de température de 0,353 % signifie que, pour chaque degré Celsius au-dessus de 25°C, 0,353 % de la capacité totale de production est perdue.

Les échanges de chaleur provoquent la dégradation du panneau par un processus appelé cyclage thermique. Lorsqu’il faut chaud, les matériaux se dilatant, et lorsque la température retombe, ils se contractent. Ce mouvement entraîne lentement la formation de microfissures sur le panneau, faisant baisser la production.

Dans son étude annuelle Module Score Card study, PVEL a analysé 36 projets de solaire en fonctionnement en Inde et a remarqué que la dégradation due à la chaleur avait des impacts importants. La dégradation annuelle moyenne des projets était de 1,47 %, mais les panneaux installés dans les régions montagneuses plus froides se dégradaient à un rythme presque deux fois plus lent, à 0,7 %.

Une installation correcte peut aider à gérer certains problèmes liés à la chaleur. Ainsi, CED Greentech suggère qu’il vaut mieux installer les panneaux à quelques centimètres au-dessus du toit, afin que l’air de convection puisse circuler en dessous et rafraîchir l’équipement. Des matériaux aux couleurs claires peuvent être préférés pour la construction des panneaux, pour limiter l’absorption de chaleur. Enfin, les composants tels que les onduleurs et les coupleurs, dont les performances sont particulièrement sensibles à la chaleur, devraient être installées à l’ombre.

Le vent est un autre facteur climatique susceptible d’endommager les panneaux photovoltaïques. Un vent violent peut entrainer la flexion des panneaux ; cela s’appelle la charge mécanique dynamique. Celle-ci cause aussi des microfissures dans les panneaux, ce qui réduit la production. Certaines solutions de fixation, spécifiquement conçues pour les zones très venteuses, protègent les panneaux des forces de soulèvement et limitent la formation de microfissures. La fiche technique du fabricant indique la puissance des vents auxquels le panneau est capable de résister.

Il en va de même pour la neige qui peut recouvrir les panneaux lors des fortes tempêtes et limiter la production. Elle peut aussi exercer une charge mécanique dynamique et dégrader le dispositif. Généralement, la neige glisse naturellement des panneaux, qui sont lisses et chauds, mais les propriétaires décident parfois de retirer la neige manuellement. Il faut être prudent pour ce faire, car érafler la surface en verre du panneau aurait des effets négatifs sur la production.

La dégradation est un élément normal et inévitable de la vie du panneau photovoltaïque. Une installation correcte, le déblayage soigneux de la neige et un nettoyage minutieux du panneau peut certes favoriser la production, mais au final, un panneau solaire est une technologie dépourvue de pièces détachées qui demande très peu de maintenance.

Pour qu’un panneau dure le plus longtemps possible et fonctionne comme prévu, il doit subir des tests de certification standard. Les panneaux monocristallins et polycristallins sont soumis aux tests de la Commission électrotechnique internationale (CEI).

D’après EnergySage, les panneaux qui obtiennent la norme CEI 61215 répondent à certaines caractéristiques électriques tels que les courants de fuite en milieu humide et la résistance d’isolement. Ils sont soumis à un essai de charge mécanique pour le vent et la neige ainsi qu’à des essais climatiques qui recherchent des insuffisances en matière de points chauds, d’exposition aux UV, d’humidité-gel, de chaleur humide, d’impact de grêle et autres expositions extérieures.

La norme CEI 61215 détermine en outre les mesures de performance d’un panneau dans des conditions de test standard, y compris le coefficient de température, la tension en circuit ouvert et la puissance de sortie maximale.

Un autre acronyme courant sur les fiches techniques des panneaux solaires est UL (Underwriters Laboratories). Ce laboratoire fournit des services de test et des certifications pour de nombreux types de produits, notamment des tests climatiques et de vieillissement, ainsi que toute la gamme des tests de sécurité.

Facteurs de défaillance

Les panneaux photovoltaïques tombent rarement en panne. Le NREL a réalisé une étude sur plus de 50 000 systèmes installés aux États-Unis et 4 500 dans le monde entre 2000 et 2015. D’après cette étude, le taux de défaillance annuel médian était de 5 panneaux sur 10 000.

Les pannes de panneaux ont connu une amélioration notable au fil du temps, les systèmes installés entre 1980 et 2000 ayant présenté un taux de défaillance deux fois plus élevé que celui du groupe installé après 2000.

Les temps d’indisponibilité sont rarement attribués à un dysfonctionnement du panneau. En fait, une étude réalisée par kWh Analytics a révélé que 80 % du temps d’indisponibilité total des centrales solaires résulte d’une défaillance des onduleurs, l’appareil qui convertit le courant continu du panneau en courant alternatif utilisable. pv magazine se penchera sur la performance des onduleurs dans le prochain article de cette série.