Les microfissures dans les panneaux solaires sont de minuscules fractures ou fissures qui peuvent apparaître dans les cellules photovoltaïques ou les couches protectrices de la structure du panneau solaire. Ces fractures, bien que souvent microscopiques et indétectables à l'œil nu, jouent un rôle crucial en influençant les performances globales et la durée de vie des panneaux solaires. Les microfissures peuvent affecter les performances du panneau solaire, entraînant une perte d'énergie, une durée de vie beaucoup plus courte, voire l'arrêt de la production d'énergie de l'ensemble du panneau solaire. Cet article explique les causes des microfissures dans les panneaux solaires, la manière dont elles sont détectées, leurs effets et les types de panneaux solaires les moins susceptibles d'en produire.
Sommaire :
Pourquoi y a-t-il des microfissures sur mes panneaux solaires ?
Quels dommages peuvent être causés par les microfissures ?
Comment vérifier la présence de microfissures lors de l'installation et de l'exploitation des panneaux solaires ?
Choisir les bons panneaux solaires pour réduire les microfissures
Pourquoi y a-t-il des microfissures sur mes panneaux solaires ?
Les causes des microfissures peuvent être diverses et variées :
Défauts de fabrication :
Des pratiques inadéquates au cours du processus de fabrication peuvent contribuer de manière significative à l'apparition de microfissures sur les panneaux solaires. Une manipulation inadéquate, une sélection sous-optimale des matériaux ou des lacunes dans le contrôle de la qualité créent un environnement propice à l'introduction de vulnérabilités. Ces vulnérabilités, qui découlent de l'étape de fabrication, deviennent des catalyseurs potentiels pour l'apparition et la propagation de microfissures dans la structure du panneau solaire. Il est donc essentiel de prêter une attention méticuleuse aux détails, de former correctement le personnel et de respecter rigoureusement les protocoles de contrôle de la qualité tout au long du processus de fabrication afin de minimiser le risque de formation de microfissures.
Contrainte mécanique :
Le stress mécanique est un facteur important contribuant à la formation de microfissures dans les panneaux solaires, et il peut être catégorisé en différentes phases, notamment le transport, l'installation et les facteurs environnementaux externes.
Pendant le transport, les contraintes mécaniques peuvent avoir un impact significatif sur les panneaux solaires, en particulier en ce qui concerne les pratiques d'emballage, de stockage et de manutention dans la chaîne d'approvisionnement. Des procédures d'emballage ou de stockage inappropriées peuvent soumettre les panneaux solaires à une pression excessive, ce qui peut entraîner la formation de microfissures. Des méthodes de transport inadéquates, notamment une manutention brutale ou un empilage incorrect, peuvent soumettre les panneaux solaires à des vibrations et à des chocs, ce qui entraîne des contraintes mécaniques et un risque accru de formation de microfissures.
Il est donc essentiel de traiter les questions liées à l'emballage, au stockage et à la manutention pour minimiser le risque de formation de microfissures pendant la phase de transport.
Les contraintes mécaniques induites par l'installation constituent également une préoccupation majeure pour les panneaux solaires. Des pratiques telles qu'un empilage incorrect, l'appui d'équipements sur les panneaux, des chocs accidentels et une installation sur des surfaces non planes peuvent créer des points de pression localisés, entraînant la formation de microfissures. Le fait de traîner les panneaux pendant le transport introduit des contraintes induites par la friction, tandis que des techniques de transport inappropriées, comme l'utilisation d'une seule personne ou le fait de s'asseoir sur le bord du module, peuvent engendrer des forces inégales. Ces pratiques présentent un risque pour l'efficacité et la longévité des panneaux solaires, soulignant la nécessité d'une manipulation et de procédures d'installation minutieuses pour atténuer les contraintes mécaniques et garantir des performances optimales.
Comme le montre la figure ci-dessous, des tests ont montré qu'une mauvaise position des épaules et de la tête sur le panneau lors de la montée d'un escalier entraînait une baisse de puissance de 1 %. La bonne façon de porter le panneau est d'équilibrer le poids de vos mains contre le cadre du panneau.
Au cours du fonctionnement à long terme des panneaux solaires, les facteurs environnementaux externes, y compris les contraintes météorologiques telles que le vent, la grêle et les variations extrêmes de température, jouent un rôle important en imposant des contraintes mécaniques aux panneaux solaires. Ces facteurs de stress environnementaux, lorsqu'ils persistent dans le temps, peuvent contribuer au développement cumulatif de microfissures. Par conséquent, une approche globale visant à minimiser le risque de formation de microfissures sur les panneaux solaires implique de comprendre et d'atténuer les contraintes mécaniques à différents stades, depuis le transport jusqu'à l'installation et l'exploitation. En tenant compte à la fois des pratiques de manutention internes et des facteurs environnementaux externes, il est possible d'améliorer la fiabilité et les performances globales des panneaux solaires.
Cycle thermique :
Le cycle thermique, qui résulte des fluctuations quotidiennes et saisonnières de la température, apparaît comme un facteur essentiel contribuant au développement de microfissures dans les panneaux solaires. L'expansion et la contraction constantes des matériaux à l'intérieur des panneaux solaires, influencées par les variations de l'ensoleillement et des conditions météorologiques, créent des conditions favorables à l'apparition et à la propagation de microfissures sur des périodes d'exposition prolongées. Le stress répétitif induit par les cycles thermiques souligne l'importance de prendre en compte les variations de température dans les processus de conception, de fabrication et d'installation des panneaux solaires afin d'améliorer leur durabilité et leur longévité.
Quels dommages peuvent être causés par les microfissures ?
Augmentation de la résistance et dommages thermiques : Les microfissures peuvent entraîner une augmentation de la résistance électrique, une hausse des températures et la création de points chauds. Cette escalade des dommages thermiques contribue à la détérioration générale de la cellule solaire concernée. Dans certains cas, les microfissures peuvent se propager et isoler du circuit une zone importante d'une cellule individuelle. Cette isolation peut entraîner une polarisation inverse, induisant des températures élevées dans la partie connectée de la cellule. À mesure que les températures augmentent, le risque est de causer des dommages permanents, non seulement en diminuant la production d'énergie, mais aussi, dans les cas extrêmes, en provoquant une défaillance catastrophique, comme un bris de verre ou, dans certains cas malheureux, un incendie dû à la chaleur intense générée par une cellule en polarisation inverse.
Diminution de la puissance de sortie : L'augmentation de la résistance électrique entraîne une diminution de la production d'énergie, ce qui provoque une baisse de l'efficacité globale du panneau solaire.
Propagation des fissures et défaillance du module : Si les microfissures s'étendent en longueur, elles peuvent se transformer en fissures plus importantes, ce qui risque d'interrompre ou de mettre fin à la production d'énergie de l'ensemble du module. Ce résultat nécessite un remplacement et a un impact significatif sur la durée de vie globale du panneau solaire.
Pour atténuer ces effets néfastes, il est essentiel de procéder à une détection précoce par le biais d'inspections régulières. Diverses méthodes, mentionnées plus haut, peuvent être employées pour identifier et traiter rapidement les microfissures, afin de garantir la performance et la longévité des panneaux solaires.
Comment détecter les microfissures lors de l'installation et de l'exploitation des panneaux solaires ?
La détection des microfissures dans les panneaux solaires est un processus essentiel pour garantir des performances optimales et une longévité prolongée. Différentes méthodes d'inspection permettent de répondre à des scénarios distincts pendant les phases d'installation et d'exploitation :
EL (Electroluminescence) :
L'électroluminescence (EL) fonctionne sur le principe de la production de lumière lorsqu'un courant électrique est appliqué à un matériau. Dans le domaine des cellules solaires, l'EL est utilisée pour visualiser et identifier les défauts qui ne sont pas facilement visibles par d'autres méthodes. Les tests EL s'avèrent particulièrement efficaces pour détecter les microfissures, les cellules cassées et d'autres défauts internes dans les cellules solaires. Cette méthode offre un aperçu direct de l'intégrité structurelle des cellules et permet de découvrir des problèmes cachés qui pourraient échapper à d'autres méthodes d'essai.
ELCD (détection de fissures par électroluminescence) :
L'ELCD utilise l'électroluminescence pour détecter efficacement les microfissures dans les panneaux solaires. L'application d'un courant électrique active les matériaux électroluminescents, produisant une lumière visible qui est altérée par les microfissures, ce qui les rend visuellement détectables. Cette méthode non destructive est essentielle pour le contrôle de la qualité pendant la fabrication et la maintenance préventive sur le terrain. Contrairement à l'électroluminescence (EL) traditionnelle, l'ELCD est spécialement conçu pour la détection des microfissures, offrant une précision accrue dans la localisation et la visualisation de ces minuscules défauts structurels. La spécificité de l'ELCD en fait un outil précieux, qui garantit la fiabilité et l'efficacité des installations de panneaux solaires en s'attaquant à des problèmes qui pourraient passer inaperçus avec d'autres méthodes d'essai.
Outre ces deux méthodes, il en existe plusieurs autres :
Imagerie par photoluminescence :
Utilisée de préférence pendant l'installation et l'exploitation, l'imagerie par photoluminescence permet d'identifier les microfissures qui affectent l'efficacité de la conversion photovoltaïque. Cette technique s'intègre parfaitement dans les programmes d'entretien réguliers afin de préserver l'efficacité de l'installation.
Imagerie infrarouge :
L'imagerie infrarouge (IR) capture le rayonnement thermique émis par un objet, ce qui permet d'identifier les variations de température indiquant des défauts ou des irrégularités. Dans le domaine des cellules solaires en particulier, l'IR est largement utilisé pour les inspections thermiques afin de détecter les surchauffes, d'identifier les composants défectueux et de repérer les irrégularités dans les cellules solaires et les modules photovoltaïques. Cette technique est particulièrement efficace pour identifier les problèmes liés aux connexions électriques, tels que les câbles desserrés ou endommagés.
Inspection visuelle et examen microscopique :
L'inspection visuelle et l'examen microscopique, qui s'appliquent surtout à l'installation et à la maintenance de routine, impliquent une observation directe et un examen détaillé de la structure. Cette approche pratique permet d'identifier efficacement les fissures visibles sur les surfaces des panneaux solaires.
Dans la pratique, les professionnels peuvent choisir d'utiliser ces méthodes d'inspection individuellement ou en combinaison, en fonction des exigences et des circonstances spécifiques du système de panneaux solaires. Il est impératif de faire appel à des experts qualifiés, en particulier lors de l'utilisation d'équipements techniques avancés, afin de garantir une détection et une analyse précises des microfissures. Un contrôle régulier et une approche globale contribuent de manière significative à la fiabilité et à la longévité du système d'énergie solaire.
Choisir les bons panneaux solaires pour réduire les microfissures
Dans le domaine des panneaux solaires, la gestion des microfissures est essentielle pour garantir la fiabilité et les performances du système. Bien que les microfissures constituent un défi courant, des technologies innovantes, telles que la technologie IBC et la technologie HJT, ont considérablement réduit l'impact des microfissures sur les performances. Les avantages de leur résistance aux microfissures sont précisés dans les points suivants :
Panneaux solaires HJT :
Substrat de silicium monocristallin de type N :
Les cellules solaires HJT utilisent un substrat de silicium monocristallin de type N connu pour sa grande pureté et son uniformité. Par rapport au silicium polycristallin, la structure monocristalline est plus compacte et plus cohérente, ce qui contribue à réduire les microfissures causées par la concentration des contraintes.
Couche de silicium amorphe non dopé (i-a-Si:H) :
Une couche de silicium amorphe non dopé est déposée sur le substrat de silicium monocristallin, agissant comme une "couche tampon". Cette couche apporte une élasticité et une protection supplémentaires lorsque la cellule subit des contraintes physiques, telles que la flexion ou la pression pendant le transport et l'installation. Elle permet d'atténuer les contraintes exercées sur le substrat, réduisant ainsi la formation de microfissures.
Méthode complète de traitement des demi-cellules :
Les panneaux solaires HJT utilisent une technique unique de traitement complet des demi-cellules qui évite totalement les dommages causés par la découpe des cellules solaires. Cette approche innovante minimise considérablement l'impact des microfissures sur les panneaux solaires, en traitant de manière proactive les dommages potentiels au cours des processus de fabrication et de manipulation.
Température de fabrication plus basse :
Par rapport aux cellules solaires traditionnelles en silicium cristallin, les cellules HJT sont produites à des températures plus basses. Cette température de traitement réduite signifie que les matériaux subissent moins de contraintes thermiques pendant la production, ce qui contribue à réduire la formation de microfissures.
Structure globale optimisée :
La structure globale des cellules HJT est optimisée lors de la conception et de la fabrication afin d'améliorer leur résistance aux contraintes physiques. Par exemple, les bords et les coins des cellules sont conçus pour être plus lisses, ce qui réduit les points de concentration des contraintes.
Conception à barres omnibus multiples :
Les panneaux solaires HJT sont dotés de barres omnibus plus étroites, ce qui réduit la quantité de pâte d'argent utilisée et, par conséquent, les effets d'ombrage, tout en réduisant les distances de transmission du courant. Cette conception améliore non seulement les performances électriques des panneaux, mais minimise également la perte de courant causée par les microfissures, les barres omnibus endommagées et les fractures, ce qui améliore encore la fiabilité et la durée de vie du panneau.
Résistance mécanique améliorée :
Grâce aux diverses optimisations de conception et de fabrication mentionnées ci-dessus, la résistance mécanique globale des cellules solaires HJT est améliorée. Cette résistance accrue permet de maintenir l'intégrité des cellules pendant le transport et l'installation, réduisant ainsi le risque de microfissures.
Maysun Solar exploite les avantages inégalés de la technologie de l'hétérojonction (HJT), ce qui permet à nos panneaux solaires HJT de faire une avancée significative dans la production d'énergie solaire. Ces panneaux ne se contentent pas de faire un bond en avant en termes d'efficacité, ils présentent également une amélioration notable de la résistance aux microfissures.
Panneaux solaires IBC :
Les panneaux solaires IBC présentent un avantage significatif en termes de résistance aux intempéries. La conception innovante "All Back Contact" incorporée dans les panneaux solaires IBC empêche les dommages de traction et le détachement attribués à la dilatation et à la contraction thermiques de la bande de soudure avant sous l'effet d'une forte contrainte de température. Cette caractéristique de conception garantit une production d'énergie constante et stable des panneaux solaires, en atténuant les effets négatifs des variations thermiques sur l'intégrité des panneaux.
La dernière génération de panneaux solaires à contact arrière interdigité (IBC) de Maysun Solar intègre de manière transparente la résistance aux microfissures, un rendement élevé, un attrait esthétique et une durée de vie opérationnelle prolongée. Le choix des panneaux solaires IBC de Maysun Solar représente une décision judicieuse pour les personnes qui souhaitent maximiser à la fois l'efficacité et la performance. L'image ci-dessous montre les panneaux solaires IBC 430W Full Black installés sur un toit par un client allemand de Maysun Solar. Pour plus d'informations, veuillez cliquer sur le bouton ci-dessous.
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Référence :
Chang, T. (2023, July 31). How microcracks damage solar panels - WINAICO Australia. WINAICO Australia. https://www.winaico.com.au/blog/what-cause-microcracks
RenewSys India. (2023, February 3). Micro cracks in solar modules: Causes, detection and prevention. renewsysworld. https://www.renewsysworld.com/post/micro-cracks-in-solar-modules-causes-detection-and-prevention
