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Les défauts d’un système photovoltaïque - L'effet LeTID
Dans le cadre de notre série Les défauts d’un système photovoltaïque, nous allons vous parler du LeTID, un phénomène relativement nouveau et par conséquent moins étudié que d'autres, tels que le PID ou le LID. Le LeTID (Light and Elevated Temperature Induced Degradation), la dégradation induite par la lumière et les températures élevées, entraîne la perte de performance des modules photovoltaïques dans certaines circonstances.
Tandis que le LID est connu depuis près de 50 ans, sa variante LeTID n'a été découverte qu'en 2012 avec l'apparition d'un nouveau type de cellules appelé PERC.
Qu'est-ce que le LeTID ?
Il se manifeste par une perte de puissance des modules au silicium, due à l'exposition à la lumière du soleil, comme nous vous l'avions indiqué dans notre article sur l'effet LID. Ces deux phénomènes ont donc les mêmes conséquences ; la principale différence entre le LID et le LeTID réside dans le fait que ce dernier apparaît à des températures de fonctionnement élevées, supérieures à 50 °C, tandis que le LID est provoqué par des températures basses.
Hormis l'apparition de températures de fonctionnement plus élevées, le développement ultérieur de l’effet LeTID est similaire à celui du LID. Il diffère cependant sur un point qui le rend plus grave, à savoir la lenteur de la stabilisation du module. Tandis que la stabilisation du module dans le cas du LID se produit au cours des deux premières années, la régénération dans le cas du LeTID est si lente qu'elle affecte une grande partie de la durée de vie du module, ce qui en compromet sérieusement la viabilité économique.
Au départ, le LeTID a été détecté principalement dans les cellules PERC au silicium polycristallin. Mais cela ne s'est pas arrêté là : plus tard, il a également été signalé dans des PERC monocristallins, y compris dans des cellules type n.
Étant donné que les modules équipés de cellules PERC sont appelés à remplacer la technologie Al-BSF, l'apparition du LeTID constitue un revers majeur. Qui achèterait des modules qui, d'une part, ont un rendement supérieur de 2 à 3 %, mais qui, d'autre part, perdent jusqu'à 10 % de leur rendement après seulement quelques années de fonctionnement ? C'est pourquoi l'ensemble du secteur photovoltaïque - fabricants, universités, laboratoires, organismes certificateurs, etc. - s’est centrée sur ce problème pour mieux le comprendre et concevoir des remèdes fiables.
Voici un exemple de la manière dont un module est affecté par la LID : au départ (à gauche) et après exposition à l'irradiation (à droite).
Pourquoi le LeTID se produit-il ?
Les recherches actuelles évoquent un suspect principal : l'hydrogène. Lors de la fabrication de la cellule, les atomes d'hydrogène se diffusent depuis les autres couches de la cellule vers la bulk layer. Les processus spécifiques se produisant à l'intérieur de la cellule sont encore en cours d’étude, mais il semble assez probable que plus les températures de traitement sont élevées, plus l'hydrogène se diffuse à travers la cellule.
Comment détecter le LeTID ?
LeTID n'est pas visible sans outils de mesure appropriés. Comme pratiquement tous les défauts, il est détecté par une baisse anormale de la performance du panneau. Après avoir exclu d'autres causes plus faciles à détecter, comme les points chauds ou les délaminations, diagnostiquer les dommages dus au LeTID exige un équipement spécial d'électroluminescence, une procédure identique au diagnostic du LID, des micro-fissures et d'autres défauts. L'électroluminescence est une « radiographie du module » qui permet de détecter des défauts invisibles à l'œil nu. Au cours de ce processus, le courant maximal (Isc) est injecté dans le module, ce qui le fait briller et émettre des radiations à une fréquence qui n'est visible qu'à l'aide de filtres et d’une caméras spéciale. Les mesures permettent de détecter des zones blanches, grises et noires indiquant les dommages subis par le module. Les parties de couleur plus foncée correspondent à celles qui sont affectées par le LeTID, qui n'ont pas d'activité électrique et qui, par conséquent, réduisent les performances du panneau.
Comment éviter les effets du LeTID ?
Les laboratoires et les fabricants s’efforcent d’identifier les causes du LeTID, d’élaborer des procédures de test d’inspection des modules, d’adapter et d’optimiser les processus de fabrication afin d'obtenir des modules présentant un moindre risque d’apparition de ce défaut. On peut s'attendre à ce qu’en 2020 apparaisse une norme CEI qui standardise les tests permettant de mesurer l'effet LeTID avec certitude. TÜV Rheinland a déjà mis au point sa propre procédure pour le détecter.
Les premières mesures proposées dans le processus de fabrication des cellules PERC qui peuvent réduire le LeTID sont les suivantes :
- Utiliser des matières premières à faible teneur en hydrogène.
- Abaisser les températures de traitement des cellules.
- Utiliser des plaquettes plus fines.
La volonté de gagner la bataille contre le LeTID est telle que certains fabricants certifient déjà leurs modules en laboratoire à l’aide de procédures qui ne sont pas encore achevées. À l'heure actuelle et tant que nous ne comprendrons pas clairement les raisons de l’apparition du LeTID, les utilisateurs ne peuvent pas faire grand-chose pour en minimiser les effets. Ils doivent agir de la même manière que dans le cas d'autres risques connus.