Les panneaux solaires en toiture convertissent l’énergie du soleil en électricité et en source de revenus non négligeable. Les installations solaires peuvent être un investissement lucratif. Pour maximiser la production et les revenus pendant des décennies, il faut cependant miser sur la qualité. Le module solaire, élément clé de ces installations, doit être fiable. Et il doit produire continuellement de l’électricité pendant des années. Pour garantir au module photovoltaïque un fonctionnement fiable pendant toute sa durée de vie, les caméras thermiques peuvent jouer un rôle important dans l’inspection des panneaux solaires

Les réserves de fossiles combustibles diminuent. Le prix du charbon et du gaz s’envolent. De nombreuses personnes souhaitent utiliser le soleil comme source d’énergie renouvelable. Mais les panneaux solaires se dégradent avec le temps. C’est pourquoi les professionnels du bâtiment du monde entier utilisent les caméras thermiques pour inspecter les panneaux solaires des toits.

Inspection des panneaux solaires par caméra thermique

L’utilisation des caméras thermiques pour l’inspection des panneaux solaires présente plusieurs avantages:

• Les anomalies sont clairement visibles sur l’excellente image thermique et,
• contrairement à la plupart des autres méthodes, l’examen des panneaux installés est possible au cours de leur fonctionnement normal.
• Enfin, la location de  caméras thermiques permettent d’observer de grandes surfaces en peu de temps.

Avec une caméra thermique, les zones pouvant poser problème sont détectées et réparées avant tout incident ou défaillance.

Mais seules certaines caméras thermiques conviennent à ces inspections. Par exemple les caméras flire5 et e8 que nous proposons chez www.locationcamérathermique.com .Et il faut suivre certaines règles pour mener des inspections efficaces et tirer des conclusions correctes.

Ces points rouges signalent des modules nettement plus chauds que le reste, ce qui indique des connexions incorrectes.

Ce point chaud dans une cellule photovoltaïque indique une détérioration physique interne.

Comment inspecter des panneaux solaires avec une caméra thermique ?

• Pour un contraste thermique suffisant, l’éclairement énergétique du rayonnement solaire doit être d’au moins 500 W/m².
• Pour un résultat satisfaisant, un éclairement de 700 W/m² est conseillé. L’éclairement énergétique est la puissance instantanée reçue par une surface, exprimée en kW/m². Il est mesuré par un pyranomètre (pour l’éclairement du rayonnement solaire global) ou un pyrhéliomètre (pour le rayonnement solaire direct).
• Il dépend fortement de l’endroit et des conditions climatiques locales. Des températures extérieures basses peuvent aussi améliorer le contraste thermique.

Cette image thermique montre un exemple de “taches chaudes” indiquant que le panneau comporte une diode bypass défectueuse.

Quel type de caméra utiliser ?

Les caméras thermiques portables pour l’inspection des bâtiments possèdent généralement un détecteur microbolomètre non refroidi, sensible à la bande de 8 à 14 µm. Mais dans cette bande, le verre n’est pas transparent.

L’inspection de la face exposée des cellules photovoltaïques fait donc apparaître la répartition de la chaleur à la surface du verre. C’est une indication indirecte de la température des cellules sous le verre. Par conséquent, les différences de température visibles et mesurables à la surface du verre sont faibles. Pour que ces différences soient visibles, il faut une caméra thermique de sensibilité inférieure ou égale à 0,08 K. Pour pouvoir les distinguer clairement sur l’image, la caméra doit aussi permettre un réglage du niveau et de la plage.

Les modules photovoltaïques sont généralement montés dans un cadre en aluminium très réfléchissant. Il  apparaît à l’écran comme une zone froide car il reflète le rayonnement thermique du ciel. En pratique, cela signifie que la caméra thermique affiche une température largement négative pour le cadre. Etant donné que son programme de calcul de l’image tient compte des températures extrêmes mesurées, de nombreuses petites anomalies thermiques ne sont pas visibles immédiatement.

Pour améliorer le contraste thermique de l’image, il faudrait corriger continuellement le niveau et la plage.

Image thermique sans DDE (à gauche) et avec DDE (à droite).

La fonction DDE (Digital Detail Enhancement, amélioration numérique de l’image) apporte la solution. Elle optimise automatiquement le contraste dans les scènes dont la plage de températures est étendue. Elle dispense l’opérateur du réglage manuel. Une caméra thermique dotée de la fonction DDE permet donc d’inspecter les panneaux solaires de manière rapide et précise.

Positionner la caméra en fonction des reflets et de l’émissivité

Bien que le verre ait une émissivité entre 0,85 et 0,90 dans la bande de 8 à 14 µm, il n’est pas facile de réaliser des mesures thermiques sur des surfaces en verre. La réflexion sur le verre est spéculaire. Les objets environnants de toutes températures peuvent être clairement vus sur l’image thermique. Dans le pire des cas, cela peut conduire à des erreurs d’interprétation (faux points chauds) et de mesure.

Pour éviter que la caméra et l’opérateur se reflètent dans le verre, ils ne doivent pas se placer face au module inspecté. Cependant, l’émissivité est maximale lorsque l’axe de la caméra est perpendiculaire à la surface. Un angle de 5° à 60° avec la normale constitue un bon compromis.

Valeurs recommandées (en vert) et à éviter (en rouge) pour l’angle d’observation avec une caméra thermique.
Relation entre l’émissivité du verre et l’angle d’incidence

Observations à grande distance

Il n’est pas toujours facile d’adopter un angle d’observation approprié pendant la préparation du mesurage. Dans la plupart des cas, un trépied se révèle utile. Dans certains cas difficiles, il peut être nécessaire de recourir à une plate-forme mobile, ou même de survoler les cellules photovoltaïques en hélicoptère.

Dans ce cas, la grande distance de la cible peut être un avantage.L’opérateur voit une zone plus grande en une seule passe. Pour garantir la qualité de l’image thermique à grande distance, la caméra doit présenter une résolution d’au moins 320× 240 pixels, de préférence 640 × 480 pixels.

Les points chauds de cette image thermique prise à l’avant du panneau solaire semblent indiquer que de nombreuses cellules sont inefficaces.

Quelles conditions ambiantes de mesure ?

• Il est préférable que le ciel soit clair lors des inspections thermographiques. Car les nuages réduisent l’éclairement solaire et produisent des interférences par réflexion. Il est toutefois possible d’obtenir des images informatives en temps nuageux.  A condition que la caméra thermique soit suffisamment sensible.
• L’absence du vent est souhaitable, car tout courant d’air sur la surface du module solaire provoque un refroidissement par convection et donc une réduction du gradient thermique.
• Plus l’air est frais, plus le contraste thermique peut être élevé.
• Tôt le matin, les conditions peuvent être favorables aux inspections thermographiques.

Erreurs de mesure lors d’une inspection de panneaux solaire

Les erreurs de mesure se produisent essentiellement à cause d’un mauvais positionnement de la caméra et des conditions peu favorables. Les causes fréquentes sont :

• angle de vision trop faible,
• changement de l’éclairement solaire pendant le mesurage (en raison des changements dans la couverture nuageuse par exemple),
• reflets (par exemple du soleil, des nuages, des bâtiments environnants, du dispositif de mesure),
• ombrage partiel (par exemple par les bâtiments environnants ou d’autres structures).

Que voit-on dans l’image thermique ?

• Certaines parties du panneau solaire sont plus chaudes que d’autres, elles seront immédiatement visibles sur l’image thermique.
• Selon leur forme et leur emplacement, ces points chauds peuvent indiquer différentes défaillances.
• Si l’ensemble du module est plus chaud que d’habitude, cela peut indiquer un problème d’interconnexion.
• Certaines cellules ou séries de cellules présentent un point chaud ou des taches chaudes, c’est généralement dû à un défaut des diodes bypass, à un court- circuit interne ou à une disparité de cellules.

Les points chauds sont ici facilement visibles sur l’image thermique, même de face.

L’ombrage et les cellules fissurées apparaissent à l’écran sous forme de points chauds ou de taches polygonales. L’échauffement d’une cellule ou d’une partie de la cellule indique un défaut ou un ombrage.

Il convient de comparer les images thermiques obtenues :

• sous charge,
• hors charge et
• en court-circuit.

La comparaison des images thermiques de l’avant et de l’arrière du module peut aussi apporter des informations précieuses. Bien sûr, l’identification correcte de la défaillance demande de tester électriquement et d’inspecter visuellement les modules suspects.

Conclusion

L’inspection thermographique des systèmes photovoltaïques permet de localiser rapidement les défauts possibles au niveau des cellules et des modules, ainsi que les éventuels problèmes d’interconnexion. Elle est menée dans les conditions normales de fonctionnement. Elle ne nécessite pas la mise à l’arrêt.

L’inspection des panneaux solaires permet d’obtenir des images thermiques correctes et pertinentes.

Quelles  conditions  :

• il faut utiliser une caméra thermique appropriée, dotée des accessoires nécessaires,
• l’éclairement solaire doit être suffisant (au moins 500 W/m², de préférence plus de 700 W/m²),
• l’angle d’observation doit être dans l’intervalle favorable (entre 5° et 60°),
• il faut prévenir l’ombrage et les reflets.

La location de  caméras thermiques est surtout utilisée pour localiser les défauts.

La classification et l’évaluation des anomalies détectées nécessitent :

• une bonne compréhension de la technologie solaire,
• une connaissance du système inspecté et des mesures électriques complémentaires.
• Il est évidemment indispensable de documenter l’inspection de manière appropriée.
• Il faut indiquer toutes les conditions ambiantes, les mesures complémentaires et toutes les informations utiles.

De l’assurance qualité lors de l’installation aux vérifications périodiques, les inspections réalisées avec une caméra thermique contribuent à une surveillance simple et complète de l’état du système. Cela aide à maintenir les panneaux solaires en fonctionnement et à allonger leur durée de vie. L’utilisation de caméras thermiques pour l’inspection des panneaux solaires améliore donc considérablement le retour sur investissement