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RÉSUMÉ
Cet article traite de la fiabilité des systèmes photovoltaïques. La première partie rappelle l’importance de l’électricité d’origine photovoltaïque, détaille son principe de fonctionnement et met en perspective l’importance de la fiabilité des systèmes. Les deuxième et troisième parties présentent la composition d’une centrale solaire ainsi que les différents stress climatiques pouvant affecter la centrale avec les modes de dégradation associés en mettant l’accent sur les modules photovoltaïques. La dernière partie détaille les solutions et les principales recommandations pour limiter les problématiques de fiabilité dans les centrales photovoltaïques.
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Julien DUPUIS : Ingénieur chercheur expert - EDF R&D, EDF Lab les Renardières, Moret-Loing-et-Orvanne, France
INTRODUCTION
Passée de marginale à une source d’électricité de premier plan, l’électricité d’origine photovoltaïque a vu une baisse importante et continue de son coût de production au cours des deux dernières décennies qui lui a permis de se retrouver parmi les solutions de production les moins chères au monde. De nombreux pays voient leur part de production d’électricité liée au photovoltaïque augmenter, avec aujourd’hui quelques pour-cent, voire plus, de leur mix électrique. Son succès est en partie lié à sa simplicité et à sa robustesse : des semi-conducteurs, optimisés optiquement et électriquement, sont exposés au soleil et produisent une électricité pratiquement proportionnelle à l’éclairement reçu. Cette apparente simplicité et les retours d’expérience existants montrent que la durabilité peut dépasser les 25-30 ans dans la majorité des cas ; ce chiffre est d’ailleurs repris par les fabricants de modules photovoltaïques dans leur garantie de production, ce qui en fait des objets du quotidien ayant l’une des garanties les plus longues.
En 2026, le photovoltaïque est donc vu comme une source d’électricité décarbonée, peu onéreuse, variable mais fiable, avec un risque de défaillance limité. Ces points expliquent la démocratisation rapide de cette énergie partout dans le monde, avec des taux de croissance annuels souvent au-delà des 20 % par an depuis les années 2000. Toutefois, ce taux de croissance signifie également que cette énergie reste jeune avec la moitié des capacités installées dans le monde qui a moins de trois ans. Les retours d’expérience des systèmes du siècle dernier sont plutôt positifs mais le contexte technico-économique engendre des pressions sur la filière, régulièrement en surcapacité de production, qui se retrouve poussée à baisser ses coûts de fabrication pour survivre tout en poursuivant l’amélioration de ses performances (i.e. l’augmentation de son rendement de conversion). Ces contraintes permettent au photovoltaïque d’atteindre des coûts extraordinairement bas, mais aussi d’augmenter les risques de défauts de fiabilité par certains raccourcis de fabrication, par une mauvaise maîtrise de nouvelles technologies ou par le choix de matériaux certes à bas coûts mais incapables de résister aux contraintes environnementales durant plusieurs dizaines d’années.
Ces « accidents » restent rares, mais la diversification des procédés et des matériaux utilisés pour améliorer le rendement de conversion en continu à des coûts toujours plus bas reste d’actualité. Pour limiter ces accidents, il n’est pas possible d’attendre plusieurs dizaines d’années pour confirmer que tout ira bien ! Plusieurs étapes peuvent être suivies pour sécuriser les meilleurs composants. Il faut tout d’abord avoir une idée précise de la composition d’une centrale solaire et en particulier des modules photovoltaïques, puis bien comprendre quelles peuvent être les sources de dégradation pouvant affecter les composants d’une centrale solaire. Enfin, une fois ces notions acquises, il devient possible d’envisager plusieurs solutions pour limiter les risques futurs de défaillance : des contrôles qualité sur site au moment de l’installation, mais également directement chez les fournisseurs ou encore une vérification des produits avec des laboratoires de contrôle indépendants.
Ce document propose de répondre à ces questions en donnant un aperçu global des éléments à prendre en compte pour la fiabilité et la durabilité des systèmes photovoltaïques, en se concentrant majoritairement sur les modules photovoltaïques. Les bonnes pratiques de contrôle qualité y sont également présentées pour limiter le risque pris lors de l’achat des composants.
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5. Conclusion
Devenue incontournable dans le monde de l’électricité, l’énergie photovoltaïque est promise à un avenir radieux. Les évolutions technologiques vont se poursuivre et devraient permettre de continuer de réduire les coûts et d’améliorer les rendements. De nouvelles technologies plus complexes que les architectures silicium actuelles mais plus prometteuses en termes de performances sont annoncées d’ici quelques années avec de nouvelles interrogations sur leur fiabilité dans le temps.
Il n’existe pas de recette miracle pour évaluer la fiabilité et la durabilité des systèmes photovoltaïques. Seule une bonne compréhension des technologies et de ses modes de dégradation en prenant en compte les contraintes environnementales du lieu d’installation, peuvent aider à cerner les risques encourus tout en mettant en place un contrôle qualité adapté depuis la production des composants jusqu’à leur installation en centrale.
Au-delà de ce contrôle initial, le suivi des performances des centrales dans le temps et l’analyse des paramètres de production clés viendra compléter les éléments discutés dans cet article. L’idée sera d’anticiper, lorsque cela est possible, les problématiques de fiabilité qui ne manqueront pas d’apparaître dans la vie de l’installation.
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - VIRTUANI (A.), CACCIVIO (M.), ANNIGONI (E.), FRIESEN (G.), CHIANESE (D.), BALLIF (C.), SAMPLE (T.) - 35 years of PV, analysis of TISO 10 kW solar plant part 1. - Prog. Photovolt. Res. Appl., volume 27, pages 328-339 (2019).
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(4) - ANNIGONI (E.), VIRTUANI (A.), CACCIVIO (M.), FRIESEN (G.), CHIANESE (D.), BALLIF (C.) - 35 years of PV, analysis of TISO 10 kW solar plant part 2. - Prog. Photovolt. Res. Appl., volume 27, pages 760-778 (2019).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Systèmes de management de la qualité – Exigences. International Organization for Standardization (ISO) - ISO 9001 - 2015
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Systèmes de management environnemental – Exigences et lignes directrices pour son utilisation. International Organization for Standardization (ISO) - ISO 14001 - 2015
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Systèmes de management de la santé et de la sécurité au travail – Exigences et lignes directrices pour leur utilisation. International Organization for Standardization (IEC) - ISO 45001 - 2018
-
Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval – Part 1: Test requirements. International Electrotechnical Commission (IEC) - IEC 61215-1 - 2021
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Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval – Part 2: Test procedures. International Electrotechnical Commission (IEC) - IEC 61215-2 - 2021
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Photovoltaic (PV) module safety qualification – Part 1: Requirements for construction. International Electrotechnical Commission (IEC) - IEC 61730-1 - 2023
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