Modélisation des phénomènes de vieillissement des modules Photovoltaïques

Abstract

Ce Mémoire avait pour objectif principal de modéliser le phénomène de vieillissement des modules PV exposés dans certains milieux naturels de type saharien et de s’informer sur la dégradation de leurs caractéristiques électriques. Dans une première phase nous avons abordé un rappel bibliographique sur les notions de base (scientifique et technologique) de ce domaine photovoltaïque, nous avons rappelé la composition du spectre solaire, les cellules PV et leurs caractéristiques électriques. On a donné des résultats pratiques sur le problème de dégradation des modules PV (la dégradation des cellules et de l’encapsulant EVA) après une durée de fonctionnement assez longue dans les milieux naturelles (milieux Sahariens, milieux méditerranéens). Après vingt années d’exposition en milieu naturel type saharien on a observé qu’un module au silicium cristallin peut perdre environ 35% de sa puissance nominale dans le sud de l’Algérie principalement à cause de la décoloration de l’encapsulant EVA, de délamination au niveau de l’interface EVA-cellule solaire, de la diminution de la résistance shunt. La spécificité climatique de la région doit être prise en considération dans l’étude de la fiabilité et l’efficacité énergétique des systèmes PV dans les régions du sud de l’Algérie. On a vérifié que Les performances d’un générateur PV sont fortement influencées par les conditions climatiques, particulièrement l’irradiation solaire, la température du module, l’humidité relative, et les résistances du modules PV. Dans cette partie, nous avons présenté les effets remarquables sur les caractéristiques, sur la puissance nominale des modules PV pour différentes conditions d’ensoleillement et de température. La puissance maximale d’un module PV augmente sous l’effet de l’augmentation de l’ensoleillement ou de la résistance shunt mais elle diminue quand la température ou l’humidité de l’environnement sont augmentée. Pour arriver au point essentielle de ce travail, nous avons rappelé mathématiquement les lois de base de la fiabilité dans la statistique appliqué, on a défini la fonction de survie, le temps instantané de défaillance, la durée de vie moyenne, ensuite, nous avons présentés les trois modèles de fiabilité: le modèle exponentiel, le modèle de WEIBULL, le modèle Gamma. Finalement, on a fait une simulation sur les fiabilités des modules PV testés en milieu Saharien (URAER/MS Adrar, URAER/ Ghardaïa) et on a comparé les graphes de ces modèles avec les mesures expérimentaux obtenues par les chercheurs de ces sites. Nous sommes arriver à confirmer que le modèle de WEIBULL était le plus adéquat par rapport aux autres modèles à modéliser la fiabilité des système PV dans les différents milieux naturels et d’estimer leurs durées moyennes de bon fonctionnement. On a constaté que les modules PV de type UDTS 50 peuvent fonctionner normalement dans un milieu Saharien jusqu’ a 15 ans avec un risque de garantie de 20%. Le modèle Gamma n’était pas fiable pour l’étude du vieillissement de ces modules PV (peut être ce n’est pas le cas pour d’autres générateurs PV). Le modèle exponentiel est plus au moins adaptable aux mesures pratiques de la fiabilité de ces modules PV mais pas comparable au modèle de WEIBULL. Les paramètres (de forme β, et d’échèle η) de la loi de WEIBULL sont calculé par le logiciel « WEIBULL++7» en utilisant des données pratiques de dégradation des modules PV dans les milieux considérés. Les expressions explicites des paramètres en fonction des données climatiques (température, humidité, ….) peuvent améliorer le modèle de WEIBULL à fin de mieux modéliser le phénomène de vieillissement des appareilles PV très proches à la réalité.