Énergies renouvelables
La raréfaction des sources d’énergie traditionnelles – charbon, gaz, pétrole – conduit à une augmentation de leur prix. De plus, nous avons maintenant conscience que les fossiles combustibles polluent la planète.
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 produire continuellement de l’électricité pendant des années. Pour garantir au module solaire un fonctionnement fiable pendant toute sa durée de vie, les caméras thermiques peuvent jouer un rôle important.
De fait, l’inspection thermique des panneaux solaires présentent de nombreux avantages: les anomalies sont clairement visibles
Inspection thermique des panneaux solaires
L’utilisation des caméras thermiques pour l’évaluation 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, les 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, et il faut suivre certaines règles pour mener des inspections efficaces et tirer des conclusions correctes.
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.
Quel type de caméra utiliser pour l’inspection thermique?
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, qui 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. Étant 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.
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, et 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.
Un point de vue différent grâce à l’inspection thermique
Dans la plupart des cas, l’inspection thermique des modules photovoltaïques installés peut aussi être effectuée par l’arrière. Cette méthode minimise les reflets du soleil et des nuages. De plus, les températures obtenues à l’arrière peuvent être plus élevées, car la cellule est mesurée directement et non à travers le verre.
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, à 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.
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Un autre moyen permettant d’améliorer le contraste thermique est déconnecter les cellules de la charge, pour qu’aucun courant ne circule et que l’éclairement solaire soit l’unique source de chaleur. La charge est ensuite connectée, et les cellules sont observées pendant l’augmentation de la température.
Dans les circonstances normales, le système doit cependant être inspecté dans les conditions d’exploitation habituelles, c’est-à-dire avec une charge. Selon le type de cellule et le genre de défaut, des mesures sans charge ou en court-circuit peuvent apporter des informations supplémentaires.
Erreurs de mesure de l’inspection thermique
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 ?
Si 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. Si 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.
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 et ne nécessite pas la mise à l’arrêt.
Pour obtenir des images thermiques correctes et pertinentes, il faut que certaines conditions soient réunies :
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il faut utiliser une caméra thermique appropriée, dotée des accessoires nécessaires,
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l’éclairement solaire doit être suffisant (au moins 500 W/m2, de préférence plus de 700 W/m2),
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l’angle d’observation doit être dans l’intervalle favorable (entre 5° et 60°),
-
il faut prévenir l’ombrage et les reflets.
Les caméras thermiques sont surtout utilisées 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.
