IV.3. Impact sur les caractéristiques de performance
IV.3.3. Présentation des résultats
Dans cette partie, nous présentons les résultats relatifs à la mise en évidence de l’impact de la poussière sur les courbes I-V et P-V, le courant de court-circuit, la tension en circuit ouvert, le facteur de forme, la puissance maximale et le coefficient de conversion.
IV.3.3.1. Effet sur les courbes caractéristiques I-V et P-V
Les Figures IV-3 et IV-4 présentent respectivement les caractéristiques courant-tension (I-V) et puissance-tension (P-V) pour les deux modules photovoltaïques dans les trois conditions: conditions initiales, modules propres et modules avec une année d’accumulation de la poussière sur la surface. Les caractéristiques I-V et P-V correspondant aux conditions initiales et aux modules propres présentent clairement une forme normale pour les deux technologies ; monocristallin (a) et polycristallin (b). On peut noter que les courbes I-V et P-V correspondant aux modules propres après une année d'exposition sont presque confondus avec les courbes initiales pour les deux technologies. Cependant, une petite variation est à noter au niveau du
courant de court-circuit (Icc) et du courant maximum (Imax) pour la caractéristique I-V alors que la
tension en circuit ouvert (Vco) ne montre aucune variation significative. Pour les caractéristiques
P-V, une diminution de la puissance maximale (Pmax) après un an d'exposition a été notée sur les
deux technologies. Ces variations de Icc, Imax et Pmax sur les modules propres après un an de fonctionnement révèlent une dégradation des modules probablement due à d'autres paramètres tels que la température, l'humidité, la radiation UV [Ndi_13b]. En effet, la performance des modules PV varie selon les conditions climatiques et se dégrade peu à peu au fil du temps [Ade_05], [San_11], [Ost_06].
De même, on peut noter que les caractéristiques I-V et P-V des modules sont fortement modifiées après un an d'exposition sans nettoyage.
Les caractéristiques Icc, Vmax et Pmax présentent d’importantes diminutions qui seront quantifies dans la section suivante. La déformation anormale constatée sur les courbes I-V et P-V pour les deux technologies sont principalement dues à l’accumulation de la poussière durant une année sur la surface des modules. En effet, la poussière induit un ombrage généralement non uniforme sur la surface des modules PV et ainsi les chaînes de cellules photovoltaïques ne reçoivent plus la même intensité d'ensoleillement. Par conséquent, ils n'ont plus le même comportement et les caractéristiques I-V et P-V de modules se retrouvent modifiées.
L'ombrage non uniforme du module P-V va induire le phénomène de « mismatch » observé sur les caractéristiques I-V et P-V comme le montrent les Figures IV-3 et IV-4 [Moh_13]. La section suivante est consacrée à l'évaluation de l'impact de la poussière sur les caractéristiques de modules
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photovoltaïques tels que: la tension en circuit ouvert (Vco), le courant de court-circuit (Icc), la
puissance maximale (Pmax), le facteur de forme (FF) et le coefficient de conversion (η).
La modification des caractéristiques I-V et P-V est beaucoup plus forte pour la technologie monocristalline comparée à celle du module polycristallin alors que les deux modules sont exposés dans les mêmes conditions et pendant la même durée d’un an.
Figure IV- 3. Caractéristiques I-V des modules propres et avec dépôt de poussière après un an d'exposition sans nettoyage.
Figure IV- 4. Caractéristiques I-V des modules propres et avec dépôt de poussière après un an d'exposition sans nettoyage.
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IV.3.3.2. Effet sur les caractéristiques de performance
IV.3.3.2.1. Variation du coefficient de conversion des modules
Dans l’étude d’impact de la poussière sur les caractéristiques de performance des modules, nous avons également considéré le coefficient de conversion qui constitue un paramètre déterminant pour l’évaluation des performances.
Les mesures sont réalisées à partir de l’analyseur de modules photovoltaïques « IV-400» qui ne permet pas de mesurer le coefficient de conversion. Nous l’avons déterminé pour les deux modules au début de l’expérience et après un an d’exposition sans nettoyage par la relation Eq.4-1 suivante. max 100 P S E Eq.4-1
Pmax(W), E(W/m2) et S(m2) représentent respectivement la puissance maximale du module,
l’ensoleillement incident et la surface du module.
Le Tableau IV-2 donne les coefficients de conversion avant et après exposition pour les deux
technologies étudiées. Les valeurs sont relatives aux conditions standards de test (E=1000W/m2)
pour tous les cas considérés
Monocristallin Polycristallin
Module propre (état initial) 12,5% 9,8%
Module propre (après un an d’exposition) 12,43% 9,6%
Module avec dépôt de poussière (après un an d’exposition) 6,7% 7,74%
Variation () 46,4% 21,2%
Tableau IV- 2. Coefficients de conversion des modules avant et après exposition.
On constate que le coefficient de conversion mesuré sur les modules propres diminue au bout d’un an d’exposition. Cette diminution de 0,07% et 0,2% respectivement pour le monocristallin et le polycristallin n’est pas significative et est due à la dégradation naturelle des propriétés (absorption, transmissivité) du verre et de l’encapsulant du module [Ndi_13a].
La diminution du coefficient de conversion notée sur les modules non nettoyés pendant une année reste assez élevée pour les deux technologies comme le montre le Tableau IV-2 avec respectivement 46,4% et 21,2% pour le monocristallin et le polycristllin. Le constat qui ressort de cette étude nous permet d’avancer que le coefficient de conversion du module monocristallin est plus affecté par les dépôts de poussière que celui du module polycristallin. En effet, les deux modules sont mis dans les mêmes conditions durant toute l’expérience qui a duré une année, les mesures ont été réalisées dans les mêmes conditions standards de test (STC) avec le même dispositif (IV-400). Les deux modules bien qu’étant de technologies différentes sont du même constructeur mais ne présentent pas les mêmes caractéristiques nominales.
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Pour améliorer l’étude, nous allons, dans la section suivante, évaluer la variation des autres caractéristiques électriques de performance induite par les dépôts de poussière.
IV.3.3.2.2. Variation des caractéristiques électriques
Dans la section IV.3.3, l’impact de la poussière sur les caractéristiques I-V et P-V des modules après un an d’exposition sans nettoyage a été présenté. Cette partie présente les résultats
de l’évaluation de cet impact sur le courant de court-circuit (Icc), la tension en circuit ouvert(Vco),
la puissance maximale (Pmax) et le facteur de forme (FF).
Le Tableau IV-3 présente la variation des différentes caractéristiques après une année d’exposition des modules sans nettoyage.
Modules Paramètres initiales Valeurs Modules propres après un an d’exposition Modules après un d’exposition sans nettoyage Variation absolue Variation relative (%) Monocristallin Pmax (W) 145 144,59 32,17 -112,42 -77,75 Vco (V) 22,7 22,66 22,61 -0,05 -0,22 Icc (A) 8,5 8,47 2,09 -6,38 -75,32 FF (%) 75,14 74 60 -0,13 -17,98 Polycristallin Pmax (W) 230 217,37 178,19 -39,18 -18,02 Vco (V) 36,6 36,26 36,16 -0,1 -0,27 Icc (A) 8,44 8,33 6,61 -1,72 -20,65 FF (%) 74,48 72 71 -0,01 -2,01
Tableau IV- 3. Variation des paramètres des modules observée après un an d'exposition sans nettoyage.
Pour évaluer l'impact de la poussière sur les caractéristiques de performance des modules PV, nous calculons leur variation absolue et leur variation relative dans le cas où les modules n'ont pas été nettoyés pendant une année d'exposition et le cas où ils sont nettoyés après une année de fonctionnement sous le même environnement.
La Figure IV-5 montre la variation relative des différents paramètres pour les deux technologies étudiées.
On peut noter que les dépôts de poussière sur les modules diminuent fortement la puissance maximale pour les deux technologies avec 77% et 18% respectivement pour le monocristallin et
le polycristallin. En effet, des études réalisées en Egypte ont montré que cette diminution de Pmax
due à la poussière pouvait atteindre 35% après seulement deux mois sans nettoyage des modules
photovoltaïques [Ibr_09]. Les résultats ont également montré que le courant de court-circuit (Icc),
le facteur de forme (FF) et le coefficient de conversion (η) sont affectés par les dépôts de poussière sur la surface des modules PV. En effet, nous constatons que le facteur de forme (FF) diminue de 2% pour le polycristallin et de 18% pour le monocristallin.
Cependant, la tension en circuit ouvert (Vco) n’est pas affectée par l'accumulation de poussière
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Dans cette étude, le constat général nous mène à dire que la technologie monocristalline serait plus sensible aux dépôts de poussière sur la surface des modules que la technologie polycristalline.
Figure IV- 5. Variation relative des caractéristiques des modules après un an d’exposition sans nettoyage.
Dans la suite de ces travaux, il sera pertinent d’étendre l’expérience sur un plus grand nombre de modules photovoltaïques de mêmes caractéristiques pendant une plus longue durée d’exposition. La section suivante est consacrée à l’étude de la corrélation entre la densité de poussière et la variation des paramètres de performance des modules photovoltaïques.
IV.4. Etude de la corrélation entre la densité de poussière et la variation des