Quelle méthode d'inspection préférez-vous ? Méthode (2/3) Thermographie

Il existe différentes méthodes d'inspection pour un actif solaire. En fonction de la dimension et du but, vous pouvez choisir le type d'inspection qui vous convient le mieux.

En effet, il est nécessaire et important de connaître l'état du système solaire photovoltaïque, tant pendant la construction que pendant la phase d'O&M.

Nous allons donc aborder 3 méthodes d'inspection différentes pour les parcs solaires, leurs avantages et leurs limites, à savoir : les courbes I-V, la thermographie et l'électroluminescence.

Méthode d'inspection – Thermographie

Qu'est-ce que la thermographie et comment fonctionne-t-elle ?

Tous les objets émettent un rayonnement infrarouge (IR) en fonction de leur température. L'énergie infrarouge est générée par la vibration et la rotation des atomes et des molécules. Ainsi, plus le mouvement est élevé, plus la température est élevée, plus l'énergie infrarouge est émise. L'imagerie thermique est une technologie qui capture et affiche les variations de température sur des objets ou des surfaces. Elle fonctionne en détectant et en mesurant le rayonnement infrarouge, qui est émis par les objets en fonction de leur température.

Les caméras thermographiques contiennent des capteurs spécialisés capables de détecter le rayonnement infrarouge, qui n'est pas visible à l'œil humain. Comme vous le savez peut-être, tous les objets émettent de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge, dont la quantité et la longueur d'onde dépendent de la température de l'objet. Les appareils thermographiques collectent ce rayonnement infrarouge émis par la surface de l'objet et le convertissent en une image thermique.

Cette image thermique est généralement affichée avec différentes couleurs ou nuances (palettes), où les zones plus chaudes sont généralement représentées par des couleurs plus claires, et les zones plus froides apparaissent comme des couleurs plus foncées. Les thermographes utilisent ces images thermiques comme méthode d'inspection pour identifier les anomalies de température ou les motifs spécifiques, et les analyser pour diverses applications dans des domaines tels que la maintenance électrique (câblage et connexions, tableaux électriques et panneaux solaires).

Les caméras ne voient pas les températures, elles détectent le rayonnement thermique.

L'IR est la technique de production d'une image de lumière infrarouge invisible (pour nos yeux) émise par les objets en raison de leur état thermique.

Les caméras thermiques ressemblent à n'importe quelle autre caméra, mais elles ont la capacité d'enregistrer la bande spectrale de 7 à 14 microns (7 000 nm à 14 000 nm) en longueur d'onde, qui est la zone où les cibles de température terrestres émettent la majeure partie de leur énergie infrarouge.

Le prix d'une caméra thermique varie de 100 € à 10 000 € selon le type de caméra, ses fonctionnalités et sa résolution. La meilleure résolution pour les applications industrielles/commerciales en termes de rapport qualité/prix est de 640x512.

L'autre chose dont vous devez être conscient est de savoir si la caméra est ou non radiométrique. Qu'est-ce que cela signifie ? Si vous voulez connaître exactement la température de chaque pixel de l'image, vous devez avoir une caméra radiométrique. Elles enregistrent toutes les méta-informations concernant la température lue par la caméra et ensuite, avec un logiciel approprié, vous pouvez connaître exactement la température à un endroit donné.

D'un autre côté, si la caméra n'enregistre pas d'images radiométriques, vous ne pouvez voir que les différences dans la palette de couleurs. Selon les applications et la qualité de la méthode d'inspection, cela pourrait être suffisant. C'est à vous de décider.

L'image thermographique que vous avez fournie illustre parfaitement l'impact de l'encrassement, notamment près du cadre, sur les panneaux solaires. L'encrassement entrave efficacement la capacité des panneaux à absorber la lumière solaire (photons), ce qui obstrue à son tour l'effet photovoltaïque. Au lieu de convertir efficacement la lumière du soleil en énergie électrique, la chaleur générée par le soleil s'accumule, entraînant la formation de points chauds.

Une solution efficace pour prévenir de tels problèmes est l'utilisation d'un drain d'eau solaire comme Solarud. La fonction de drainage de Solarud aide à maintenir les panneaux propres et exempts d'eau accumulée, de poussière et de débris. En maintenant la propreté des panneaux, Solarud contribue à une production d'énergie optimale et réduit le risque de points chauds, garantissant l'efficacité et la fiabilité à long terme du système photovoltaïque.

Thermographie des centrales solaires

Les modules solaires ont une température visible par thermographie qui varie avec l'irradiation solaire et avec l'état des panneaux. Si le panneau solaire est endommagé de quelque manière que ce soit, la température est plus élevée à cet endroit que dans les panneaux adjacents. Il existe quelques défauts qui peuvent être détectés par thermographie par drone, et c'est le moyen le plus efficace d'inspecter une centrale solaire dans son ensemble.

Il est possible de définir un itinéraire et un horodatage pour les images enregistrées et le drone fait le reste pendant que vous vous reposez. Ensuite, il vous suffit d'analyser les images ou de demander à quelqu'un capable de le faire pour vous. Il existe plusieurs entreprises spécialisées dans ce domaine (RaptorMaps, Above, Scopito, Sitemark).

Il existe une norme à suivre pour les inspections de drones PV avec des lignes directrices sur les bonnes pratiques à respecter. La norme est « CEI 62446-3 TS : Systèmes photovoltaïques (PV) – Exigences pour les essais, la documentation et la maintenance – Partie 3 : Thermographie infrarouge extérieure des modules et des centrales photovoltaïques ».

Entre autres choses, les principales règles à respecter sont les suivantes :

– le niveau d'éclairement minimal doit être de 600 W/m². Cela peut être mesuré avec un capteur d'éclairement au moment du relevé/de l'inspection ;

– Le GSD doit être de l'ordre de 3cm/px. Le GSD (Ground sample distance) est défini comme la distance entre les centres de deux pixels adjacents mesurée au sol. La norme stipule qu'une longueur de bord de 3 cm par pixel équivaut à 5 x 5 pixels sur une cellule PV de 6 pouces. Avec une caméra normale, la hauteur de vol est d'environ 20 à 25 m au-dessus des modules solaires ;

– La vitesse du drone doit être inférieure à 3 m/s ;

– Les panneaux solaires doivent être propres avant le relevé par drone ;

– La vitesse du vent doit être inférieure à 28 km/h car elle pourrait affecter les mesures thermiques ;

– Maximum 2 octas de ciel couvert de nuages cumulus ;

– La température des défauts doit être relative à 1000 W/m² ;

– L'angle de vue, l'angle entre la surface du module et la caméra IR doit être de 90° ; – Les résultats doivent être analysés par un expert thermographique (la certification ITC est conseillée).

Concernant les défauts, la norme classe 12 défauts différents qui peuvent être trouvés, classés et caractérisés par thermographie par drone :

1. Modules en circuit ouvert (Si cristallin et couche mince) ;
2. Module en court-circuit (Si cristallin) ;
3. Module en Si cristallin avec verre frontal cassé (Si cristallin) ;
4. Sous-chaîne en court-circuit (Si cristallin) ;
5. 1 sous-chaîne en circuit ouvert, perte de connexion dans le boîtier de jonction du module ou le connecteur de cellule (Si cristallin et couche mince) ;
6. 2 sous-chaînes en circuit ouvert, perte de connexions dans le boîtier de jonction du module (Si cristallin et couche mince) ;
7. Cellule unique avec différence de température (Si cristallin) ;
8. Module avec cellules ombragées par la saleté (Si cristallin et couche mince) ;
9. Module à couche mince avec verre frontal cassé ;
10. Résistance de transfert aux connexions croisées d'un module à couche mince ;
11. Résistance de transfert aux connexions de cellule d'un module en Si cristallin ;
12. Boîtier de jonction de module chauffé (Si cristallin et couche mince).

Chacun de ces défauts a une classe d'anomalie qui, en fonction des motifs spécifiques et des températures mesurées, doit être comparée aux exemples d'images thermographiques et de différences de température (selon l'annexe C de la norme). Trois classes d'anomalies et leurs actions de suivi sont ensuite présentées. Cela est important car il peut y avoir un danger imminent (choc électrique ou incendie) pour le personnel et les biens.

Cette classification varie en fonction du type de défauts et de la différence de température mesurée entre le motif défectueux et les cellules solaires voisines saines. C'est pourquoi il est important, pour certaines applications, de disposer d'une caméra radiométrique, comme expliqué ci-dessus.

Il est également important de noter que cette classification prend en compte non seulement l'effet sur la production, mais aussi la sécurité des personnes et des biens. Des températures élevées peuvent entraîner un incendie ou des brûlures graves (une cellule solaire défectueuse peut atteindre plus de 100 °C).

Comment « lire » les motifs ?

En fonction des cellules ou du groupe de cellules endommagées, un motif se forme avec une température plus élevée que les bonnes cellules/panneaux.

Si un module solaire présente les défauts visibles sur les images thermiques ci-dessus, il s'agit de cellules uniques avec une différence de température, causée par l'encrassement qui aurait pu être évité avec Solarud.

Si une sous-chaîne est plus chaude que les autres, alors la diode court-circuite le courant et cette sous-chaîne ne fonctionne pas.

Les panneaux solaires sont généralement composés de 60 ou 72 cellules solaires connectées en série. Les diodes sont utilisées pour empêcher le courant inverse, garantissant que l'électricité générée par les cellules circule dans la direction prévue, des cellules vers les bornes de sortie. Les panneaux sont équipés de diodes de dérivation, qui sont particulièrement utiles dans les situations où un ombrage se produit. Lorsqu'une section du panneau est ombragée ou ne fonctionne pas correctement, la diode de dérivation permet au courant de contourner la zone ombragée, l'empêchant de diminuer les performances globales du panneau. C'est pourquoi les modules PV à cellules coupées en deux ont une si bonne réputation aujourd'hui. Ils sont capables de "diviser" le panneau solaire en 6 zones différentes avec seulement 3 diodes.

L'identification de telles anomalies de température grâce à cette méthode d'inspection est cruciale pour identifier les sections sous-performantes ou défectueuses d'un panneau solaire. Cela aide les techniciens solaires et les équipes de maintenance à localiser et à résoudre rapidement les problèmes, garantissant que le système PV fonctionne efficacement et à sa pleine capacité. Ce défaut est également détecté par les courbes IV, mais l'utilisation de la thermographie est plus efficace en ce qui concerne le temps nécessaire pour inspecter une grande surface.

Si le boîtier de jonction (où se trouvent les diodes) d'un panneau solaire est plus chaud que le boîtier de jonction des modules à côté, il y a un problème (boîtier de jonction de module chauffé). Il est conseillé d'approfondir la question car cela peut entraîner un arc électrique et, par conséquent, un incendie.

La température élevée à l'intérieur du boîtier de jonction du module suggère fortement une anomalie au sein de ce panneau spécifique. Ce problème pourrait être lié à divers composants du boîtier de jonction, y compris les diodes, les connecteurs ou le câblage. Ce qui rend cette situation préoccupante est le risque de problèmes électriques découlant de cette surchauffe.

La possibilité d'arcs électriques se formant à l'intérieur du boîtier de jonction est particulièrement préoccupante. Les arcs électriques sont de puissantes décharges électriques qui peuvent entraîner des dommages, une surchauffe et, dans le pire des cas, des incendies. Il est crucial de s'attaquer à cette situation de manière proactive pour éviter toute complication.

Si plusieurs cellules sont plus chaudes que d'autres, de manière apparemment aléatoire, dans le module solaire, alors le problème peut être le module en court-circuit (ou cassé). Il est également important, au fur et à mesure de l'inspection thermique, d'enregistrer des images visibles des mêmes endroits. L'image visible pourrait, à elle seule, indiquer l'origine du problème (salissures, verre brisé, traces d'escargots, rayures du fond de panier…).

Certains motifs thermiques observés dans les panneaux solaires peuvent nécessiter une investigation plus approfondie sur place, souvent en combinaison avec des méthodes d'inspection complémentaires, pour parvenir à une compréhension concluante d'un problème spécifique. Bien que l'imagerie thermographique puisse fournir des informations initiales précieuses, certains problèmes peuvent nécessiter une évaluation plus approfondie pour en déterminer les causes profondes et les solutions potentielles.

Dans certains cas, malgré des inspections et des diagnostics diligents sur le terrain, la meilleure marche à suivre peut impliquer de contacter le fabricant. Les fabricants possèdent une connaissance approfondie de leurs modules solaires, les ayant conçus et testés de manière approfondie. Ils sont bien équipés pour fournir des conseils et une expertise pour diagnostiquer et résoudre les problèmes qui peuvent survenir avec leur produit spécifique.

Le soutien du fabricant peut être inestimable face à des problèmes complexes ou uniques, car il peut offrir des solutions et des recommandations adaptées en fonction de son expertise. En outre, les fabricants peuvent avoir accès à des données historiques et à des informations d'ingénierie qui peuvent aider à la résolution des problèmes.

En fin de compte, face à des problèmes complexes ou persistants liés aux performances des panneaux solaires et aux motifs thermiques, la collaboration avec le fabricant peut être une étape stratégique vers une compréhension complète du problème et la recherche d'une solution efficace. Cela souligne l'importance de maintenir des lignes de communication ouvertes et de demander l'avis d'experts si nécessaire pour assurer l'efficacité et la fiabilité continues des systèmes de panneaux solaires.

Conclusion : Méthode d'inspection – Thermographie

C'est l'une des meilleures méthodes d'inspection pour connaître l'état général du parc solaire. C'est le moyen le plus rapide et le moins cher de détecter les défauts des modules solaires et d'identifier, parmi des milliers de panneaux, ceux qui doivent être remplacés ou suivis pour observer l'évolution des défauts détectés.

Actuellement, une inspection par drone peut être contractualisée pour 100 à 250 €/MWc, en fonction de l'âge, de l'emplacement et de la disposition du champ solaire. Le rapport doit être conforme à la norme IEC DTS 62446-3 TS et un thermographe certifié doit effectuer l'analyse des images.

L'inspection thermographique par drone est une bonne méthode d'inspection pour réduire l'échantillon à inspecter par courbes I-V et inspection visuelle à pied.

Une inspection IR régulière doit être effectuée sur votre actif solaire pour garantir le bon état de la production d'énergie essentielle : les modules solaires.

Cordialement,
L'équipe Solarud