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Maximisez l'efficacité de vos installations photovoltaïques

La thermographie détecte les pannes et les dysfonctionnements

Pour maximiser l'efficacité et le rendement des systèmes photovoltaïques, une surveillance et une maintenance régulières sont indispensables. La meilleure méthode d'inspection des systèmes photovoltaïques est la thermographie, qui utilise une caméra thermique pour visualiser la répartition de la température sur les cellules solaires. Les dysfonctionnements et les défauts peuvent ainsi être détectés à temps et l'efficacité de l'installation peut être améliorée.

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La thermographie est la meilleure méthode d'inspection des systèmes photovoltaïques

Pourquoi utiliser la thermographie?

Pour éviter les pertes d'efficacité

La base d'un nouveau système photovoltaïque est une analyse complète et détaillée de l'efficacité et de l'investissement. À cette fin, le rendement et les périodes de récupération sont calculés pour des durées allant jusqu'à 20 ans.

Les calculs de rendement et de délai de récupération ne tiennent pas compte des pertes de rendement dues aux problèmes du système

Toutefois, ces calculs ne tiennent pas compte des pertes de rendement dues à des problèmes de panneaux solaires, de convertisseurs et d'autres composants ou à des erreurs d'installation. La thermographie permet d'établir un rapport d'inspection dès la phase de mise en service et de prouver que l'installation a été réalisée correctement.

Pour garantir l'efficacité continue des installations nouvelles et existantes, il est indispensable de procéder à des inspections régulières. Si les modules solaires chauffent à cause de la saleté, de l'ombrage ou de cellules défectueuses, c'est-à-dire qu'ils consomment de l'énergie et n'en produisent pas, le rendement diminue déjà de 0,5% par kelvin. Une augmentation de la température de 10°C en moyenne par rapport à la température moyenne normale signifie déjà une baisse de 5% du rendement.

Assurance qualité et garantie

La thermographie permet de vérifier si la qualité des cellules solaires répond aux exigences. La bonne combinaison de panneaux solaires individuels permet d'éviter ce que l'on appelle les "mismatches", c'est-à-dire le déséquilibre entre le fait que des panneaux très performants soient gênés par des panneaux moins performants. Un examen effectué avant l'expiration de la période de garantie permet de recouvrer rapidement auprès des fournisseurs les éventuels droits à la garantie.

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Les anomalies thermiques indiquent une possible perte de puissance

Sécurité du personnel pendant les inspections

Les systèmes photovoltaïques sont essentiellement sous tension à la lumière du jour. Dans les chaînes de panneaux modernes, des tensions allant jusqu'à 1.000 V ne sont pas inhabituelles. Cela représente un risque important d'électrocution pour les personnes. À cet égard, la thermographie est une méthode d'inspection très sûre, car l'imagerie thermique s'effectue toujours à la distance nécessaire de l'objet à mesurer. Les distances de sécurité peuvent donc être respectées sans problème.

Protection incendie

La protection incendie joue un rôle de plus en plus important. Alors que les convertisseurs et les composants électriques modernes sont de plus en plus performants (plus d'efficacité), il faut également tenir compte de la chaleur élevée qu'ils dégagent. Des composants électriques mal montés ou mal refroidis peuvent vite représenter un risque d'incendie, surtout si le support est constitué de matériaux combustibles.

Les composants électriques installés à l'extérieur vieillissent plus rapidement car ils sont exposés aux intempéries et aux rayons UV. Les câbles électriques corrodés ou mal fixés présentent des anomalies thermiques qui peuvent être décelées grâce à une caméra thermique.

La thermographie est une méthode d'inspection très sûre, car l'imagerie thermique est toujours effectuée à distance adéquate de l'objet à mesurer

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De grandes surfaces de panneaux solaires peuvent être "balayées" en très peu de temps

Gain de temps

La thermographie est une méthode de mesure optique sans contact. En très peu de temps, de grandes surfaces de panneaux solaires peuvent être "scannées". Les écarts thermiques ou les différences de température dans les panneaux sont immédiatement visibles et constituent une première indication des défauts éventuels.

Alors qu'auparavant, toutes les chaînes étaient mesurées individuellement, la thermographie permet aujourd'hui de se concentrer sur les panneaux et les cellules présentant un impact thermique pour effectuer d'autres mesures (par exemple, à l'aide d'un instrument de mesure de caractérisation).

Travaux supplémentaires et futurs efficaces

Avec le nombre croissant d'installations, le besoin de services de surveillance et de maintenance des systèmes photovoltaïques augmente également. Les contrats de maintenance peuvent constituer une source supplémentaire de revenus dans le cadre du service après-vente classique. Grâce à la thermographie, les clients peuvent bénéficier d'un service après-vente précieux qui garantit la valeur de l'installation photovoltaïque pendant longtemps.

Couverture d'assurance

Jusqu'à présent, il était très difficile de localiser les diodes de dérivation défectueuses après un orage. La thermographie est un outil simple et rapide pour détecter de tels dommages. En règle générale, le coût de la réparation du défaut est pris en charge par l'assureur.

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Panneaux défectueux après un orage

Quels sont les symptômes et les causes des dysfonctionnements?

Recherche du point chaud

Les cellules solaires endommagées ou défectueuses forment une résistance électrique interne qui peut entraîner un échauffement indésirable ("point chaud"). Au cours de ce processus, la cellule peut devenir si chaude qu'elle peut être endommagée, ainsi que le matériau d'encapsulation (EVA) et le film à l'arrière (TPT).

Les diodes de dérivation sont conçues pour éviter cet effet. Mais des diodes de dérivation défectueuses ou non réactives (avec peu d'ombre) continuent de provoquer des points chauds incontrôlables. Si l'ombre n'a pas été prise en compte lors de la phase de planification (par exemple par des installations à haute tension ou des arbres), les cellules solaires et les diodes de dérivation sont exposées à des années de charge continue.

Les points chauds et leurs conséquences

  • La puissance produite diminue parce que des cellules individuelles ou des panneaux entiers consomment de l'énergie au lieu d'en produire.
  • La consommation d'énergie non désirée provoque un échauffement des cellules et des panneaux. Outre l'endommagement des cellules individuelles et la diminution du rendement énergétique, ce phénomène peut entraîner un risque d'incendie concret.

Détection des points chauds par thermographie

En général, les défauts de fonctionnement des systèmes photovoltaïques soumis à un rayonnement solaire d'environ 600 W/m² peuvent être rapidement diagnostiqués à l'aide d'une caméra thermique en constatant des changements dans les propriétés thermiques. Ces changements sont dus, par exemple, aux éléments suivants:

  • des diodes de dérivation défectueuses
  • des diodes de dérivation défectueuses, des défauts de contact et des courts-circuits dans les cellules solaires
  • la pénétration d'humidité, de contaminants
  • des fissures dans les cellules ou dans le verre des panneaux
  • des panneaux avec tension terminale ouverte et panneaux non connectés
  • une désadaptation, c'est-à-dire perte de performance due à des capacités différentes des panneaux individuels
  • des défauts de câblage et points de contact mal fixés
  • le vieillissement et les phénomènes de charge
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Les cellules solaires endommagées ou défectueuses forment une résistance électrique interne qui peut entraîner un échauffement indésirable ("point chaud")

Symptômes de défauts dans les cellules et les panneaux

Les images infrarouges peuvent montrer plusieurs symptômes typiques de défauts au niveau des cellules individuelles et des substrats défectueux. Les boîtes de jonction peuvent présenter un échauffement évident, mais cela n'indique pas nécessairement un défaut. Cependant, elles peuvent surchauffer et il peut donc être nécessaire de surveiller l'évolution de la température.

Panneaux avec tension terminale ouverte (OC)

Il arrive fréquemment que la tension terminale des panneaux soit ouverte. Cela peut être dû à des panneaux mal raccordés ou à des câbles cisaillés ou endommagés. Cela se traduit par une image infrarouge uniformément plus chaude que les autres panneaux de l'image infrarouge.

Décollement

En raison d'influences externes ou d'une qualité de panneau inférieure, la couche de protection EVA peut se décoller. La pénétration de l'humidité peut entraîner la corrosion des cellules et donc une perte de performance. Ce phénomène peut être détecté à l'aide d'une caméra thermique avant même que les couches ne deviennent visiblement "laiteuses".

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En général, une caméra thermique permet de diagnostiquer rapidement les dysfonctionnements des systèmes photovoltaïques à partir d'un rayonnement solaire d'environ 600 W/m², grâce à des changements notables dans les propriétés thermiques

Cellule cassée

Des microfissures et des cellules cassées peuvent déjà se produire pendant le transport et l'installation. Des influences mécaniques externes peuvent également en être la cause. Les microfissures ne sont pas encore si critiques, mais les cellules cassées peuvent réduire la puissance fournie.

Vérification des composants électriques et mécaniques

Outre les cellules et les panneaux individuels, les composants électriques peuvent également être contrôlés par thermographie. La corrosion des conducteurs électriques, des connecteurs ou des câbles mal fixés entraîne des résistances de transmission électrique qui se traduisent par une augmentation sensible de la température.

Autres causes de dysfonctionnement:

  • Corrosion des points de contact et des connecteurs
  • Convertisseurs
  • Points de contact desserrés
  • Boîtes de jonction surchauffées

Conseils et astuces pour mesurer et éviter les erreurs

Conditions météorologiques

Le test doit être effectué par temps sec, avec le moins de nuages possible et un rayonnement solaire intense (environ 600 W/m²). Le rayonnement solaire direct fait fonctionner les modules solaires à leur puissance maximale, les cellules solaires défectueuses sont plus chaudes que les autres en raison d'une surcharge ou d'un défaut d'absorption des infrarouges. Un rayonnement d'environ 600 W/m² est une valeur indicative.

Si le rayonnement solaire change pendant la mesure, par exemple en raison d'une couverture nuageuse, l'image infrarouge n'est plus fiable

Si le rayonnement solaire change pendant la mesure, par exemple en raison d'une couverture nuageuse, l'image infrarouge n'est plus utilisable. Pour obtenir les gradients de température les plus élevés possibles et donc facilement détectables, il est recommandé de réaliser la mesure à une température extérieure basse (par exemple le matin ou le soir). Il peut également être nécessaire de tenir compte du vent de refroidissement. Après de fortes pluies, les panneaux doivent être complètement secs.

Conditions mécaniques

Avant de commencer les mesures, vérifiez si les panneaux sont sales. Les salissures peuvent entraîner des résultats erronés dans l'enregistrement infrarouge. En effet, le rayonnement infrarouge de la cellule solaire est affaibli. Il en résulte une surface du panneau uniformément plus froide. En revanche, les changements de température ne sont pas affectés par les défauts électriques.

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Les contaminants peuvent entraîner des résultats erronés lors de l'enregistrement infrarouge

Angle de vue et distance d'enregistrement

Les images infrarouges doivent toujours être prises de face et à angle droit par rapport au panneau. La prise de vue à un angle aigu déforme l'image infrarouge et l'image sur l'écran de l'imageur thermique est de moins bonne qualité.

Les reflets peuvent compliquer considérablement le diagnostic. Ils prennent la forme des objets réfléchis, tels que le photographe lui-même, les arbres, les bâtiments, etc. Les reflets ont tendance à être plus brillants et apparaissent même plus "chauds" sur des panneaux plus froids. L'enregistrement de plusieurs images sous différents angles d'observation peut aider à clarifier le problème.

Il convient également de garder une distance suffisante par rapport au panneau pour obtenir une certaine netteté de l'image thermique. Les caméras thermiques modernes sont dotées d'un système de mise au point automatique (autofocus). Lorsque l'on prend des mesures à différentes hauteurs et à angle droit par rapport à l'objet à mesurer, il est utile de maintenir une distance suffisante et de prendre plusieurs images infrarouges à partir de différentes hauteurs et positions.

Préréglage de la caméra

La résolution de mesure et la résolution géométrique sont très importantes pour un diagnostic sans erreur. Il est important que les différentes cellules solaires soient clairement visibles, afin de pouvoir diagnostiquer avec précision les cellules solaires qui chauffent (voir image ci-contre) ou les fissures dans le panneau.

Même à des distances plus grandes (à partir de 3 mètres), les différentes cellules solaires doivent être clairement visibles et la caméra thermique doit donc avoir une résolution d'au moins 320 x 240 pixels (ce qui correspond à 76.800 points de mesure). Avec une bonne caméra thermique et un réglage adéquat, il est possible de détecter des écarts de température même à partir d'un rayonnement d'environ 300 W/m².

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Pour obtenir des enregistrements de haute qualité et d'une grande précision, il est nécessaire de remplir un certain nombre de conditions lors du choix de la caméra thermique

À quoi ressemble la caméra thermique idéale?

Pour obtenir des enregistrements de haute qualité et d'une grande précision, il est nécessaire de remplir un certain nombre de conditions lors du choix de la caméra thermique:

  • Résolution: une résolution de mesure élevée (320 x 240 pixels) est nécessaire pour que les différentes cellules solaires soient clairement visibles et puissent être diagnostiquées, même à grande distance.
  • Sensibilité thermique: une sensibilité thermique élevée (NETD < 100 mK) permet de reconnaître et d'enregistrer des différences de température minimes.
  • Mise au point: une mise au point automatique (autofocus) est nécessaire pour capturer des images infrarouges nettes et détaillées à différentes distances et positions.
  • Fréquence d'enregistrement: une fréquence d'enregistrement élevée permet de capturer avec précision même les objets en mouvement ou les changements dans l'environnement de mesure.
  • Options de stockage: Une capacité de stockage et des capacités de traitement de l'enregistrement suffisantes sont importantes pour une analyse efficace et rapide des données de mesure.
  • Convivialité: un fonctionnement intuitif et une structure de menu claire rendent l'utilisation de la caméra thermique facile et efficace.
  • Robustesse: un boîtier robuste et une résistance aux influences environnementales telles que la poussière et l'eau (IP54) garantissent que la caméra peut être utilisée dans diverses conditions.

En gardant ces critères à l'esprit, il est possible de choisir une caméra thermique adaptée qui répond aux exigences d'une inspection précise et efficace des systèmes photovoltaïques.

En collaboration avec Testo et Euro-Index

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Écrit par Florus Tack

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