L’industrie des panneaux solaires photovoltaïques (PV) connaît une croissance rapide, entraînant des changements parfois imprévisibles. En 2023, le Consortium Durable Module Materials (DuraMAT) a saisi l’opportunité de soutenir la fabrication et le déploiement domestiques en plein essor en développant des directives pour la construction de modules PV fiables et durables.
Le rapport annuel 2023 de DuraMAT détaille le développement d’une stratégie de prévision de la fiabilité, ainsi que des conclusions clés sur les impacts des fissures des cellules, des modules à haute efficacité, de la dégradation des matériaux et du recyclage.
Dirigé par le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), avec les laboratoires nationaux Sandia et Lawrence Berkeley comme principaux centres de recherche, DuraMAT est financé par le Bureau des technologies de l’énergie solaire du Département de l’énergie des États-Unis. Le consortium collabore avec un conseil de l’industrie solaire de 22 membres pour accélérer une transition durable, juste et équitable vers une production d’électricité sans carbone d’ici 2035.
Le rapport annuel révèle de nouvelles stratégies et recommandations pour bénéficier aux fabricants d’aujourd’hui et aux consommateurs de demain.
Des matériaux innovants, des comportements imprévisibles
Actuellement, les tests de fiabilité dans l’industrie solaire reposent sur des facteurs observés sur le terrain avec des modules existants. Cependant, l’innovation rapide de l’industrie rend ces observations moins fiables pour prédire l’avenir. Pour répondre à cette évolution, DuraMAT a introduit en 2023 une nouvelle approche axée sur la prévision de la fiabilité.
«Nous avons attribué six projets dans le cadre de notre appel à prévision de la fiabilité cette année», a déclaré Teresa Barnes, directrice de DuraMAT et chercheuse au NREL. «Ces projets prévoient des facteurs de dégradation possibles tels que la dégradation induite par les UV, la mécanique de fracture du verre et les mécanismes de dégradation dans les encapsulants, tout en fournissant une analyse plus rapide des données de défaillance. Tirer des enseignements de ces domaines devrait nous permettre de prédire la fiabilité à long terme des nouveaux designs de modules.»
Au lieu de partir des observations de terrain des problèmes à grande échelle après le déploiement, comme la recherche sur la fiabilité des PV l’a fait traditionnellement, la prévision de la fiabilité de DuraMAT commence par des questions de recherche fondamentales sur la manière dont un matériau, une interface, un composant ou un module évoluera au fil des ans.
Cette approche repose sur la modélisation quantitative et la validation rapide, ce qui a conduit au développement d’une suite de logiciels et de jeux de données open-source sur des sujets tels que les modèles mécaniques pour les matériaux, la charge du vent, la mécanique de fracture, la diffusion de l’humidité et l’irradiance, tous accessibles via le DuraMAT Data Hub.
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Fissuration des cellules et dégradation UV : leçons pour l’industrie
En 2023, les projets de DuraMAT ont exploré deux autres mécanismes de dégradation qui semblent évoluer avec les nouveaux designs de modules : la fissuration des cellules et la dégradation UV.
Les cellules fissurées posent un défi pour l’industrie solaire car elles peuvent réduire la production mais passent souvent inaperçues. Les chercheurs ont découvert que certains nouveaux modules avec de nombreux busbars, des cellules coupées en deux et une encapsulation verre-verre sont plus tolérants aux cellules fissurées et moins susceptibles de montrer une perte de puissance. Les changements de conception des modules, tels que la rotation des cellules dans le module, peuvent également rendre les modules moins sensibles à la rupture des cellules.
Les chercheurs de DuraMAT ont également constaté que la dégradation induite par les UV semble être un problème important dans les modules récents fabriqués avec des cellules à haute efficacité. Ces résultats sont importants, car l’augmentation de la dégradation liée à l’exposition aux UV dans les types de cellules modernes peut compenser certains des gains prévus des cellules bifaciales et autres cellules à haute efficacité. DuraMAT commence de nouveaux travaux pour quantifier cette dégradation en 2024.
Préparer la prochaine génération de leaders en fiabilité des PV
Adopter une vision à long terme est l’objectif principal du Consortium DuraMAT. Le programme DuraMAT Early Career Scientists (DECS) est une extension de cette approche tournée vers l’avenir. Après tout, la durée de vie des modules solaires ne devrait que s’allonger, et l’industrie aura besoin de scientifiques pour soutenir cette recherche sur la fiabilité dans le futur.
Le programme DECS vise à connecter les jeunes scientifiques, à favoriser la collaboration entre les institutions et à offrir des opportunités de développement professionnel et de réseautage à ces nouveaux chercheurs importants et innovants. Cette année, les participants de DECS continuent de représenter DuraMAT en donnant des présentations de recherche, en agissant en tant que présidents de session lors de conférences nationales et internationales, et en publiant des articles, tous disponibles dans le rapport annuel de DuraMAT.
Plongez dans les détails
«Nous savons que la recherche de DuraMAT a un effet direct sur la conception et la durabilité des modules PV», a ajouté Michael Owen-Bellini, membre de la direction de DuraMAT et chercheur au NREL. «Par exemple, l’un des projets détaillés dans le rapport annuel démontre que la rotation des demi-cellules dans les conceptions de modules rend les modules plus durables mécaniquement, et nous voyons cela se refléter dans certains des derniers modules à demi-cellules sur le marché.»
Légende illustration : Les chercheurs de DuraMAT effectuent des tests de photoluminescence en extérieur sur les modules photovoltaïques installés, testant une méthode à haut rendement pour vérifier l’état des modules sans avoir à déconnecter le système photovoltaïque.
