Maintenance d'une installation photovoltaïque

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La maintenance d'un équipement est définie dans la norme de l'AFNOR par "l'ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien dans un état spécifié ou en mesure d'assurer un service déterminé"[1]. Ainsi la maintenance garantit le niveau de production d'électricité attendu de l'installation photovoltaïque tout au long de sa durée de vie. Bien que la technologie photovoltaïque ne possède pas d'éléments mobiles et donc fait preuve d'une grande fiabilité, l'investissement important au départ s'attend à une grande longévité du système afin de garantir sa rentabilité. La maintenance préventive et corrective de l'installation s'effectue sur l'ensemble des équipements et sur son environnement proche. Elle permet avant tout de prévenir ou de corriger les défauts de l'installation photovoltaïque.

Supervision

La supervision d'une installation photovoltaïque, ou monitoring, permet d'évaluer la qualité de fonctionnement du système et à contrario de détecter les éventuelles anomalies. Elle est en général composée d'un système d'acquisition et de stockage des données, d'un logiciel de traitement du signal ou d'analyse, et d'un afficheur. Dans certains cas, le système est couplé à des sondes d'ensoleillement et de température.

Il existe plusieurs systèmes de supervision photovoltaïque que l'on peut classer selon la provenance des données:

  • Données provenant du compteur de production EDF (ou autre opérateur)
  • Données provenant de l'onduleur photovoltaïque (solution propre au fabricant d'onduleur)
  • Données provenant de l'onduleur photovoltaïque (solution indépendante connectée à l'onduleur)
  • Données provenant d'un système indépendant non connecté aux onduleurs


Supervision connectée au compteur de production EDF

Système de supervision Tecsol-One connecté au compteur EDF

La supervision connectée au compteur de production EDF est l'une des solutions les plus économiques. Elle fonctionne quelques soient les modules photovoltaïques et onduleurs installés. Le système se connecte directement sur la sortie TIC du compteur EDF (pour la France) et récupère ses données. Il permet ainsi de suivre la production de photovoltaïque et de détecter un défaut de l'installation lorsque celle-ci diffère de celle attendue.

Avantages Inconvénients
Facile à installer Les alarmes et messages des onduleurs ne sont pas transmis
Économique Les données sont globales, elles ne différencient pas les onduleurs
Fonctionne quelques soient les modules photovoltaïques et onduleurs installés Données peu précises

Exemples de supervision connectée au compteur de production EDF :

Supervision connectée à l'onduleur photovoltaïque (solution propre au fabricant d'onduleur)

Le système de supervision Sunny Webbox

De nombreux fabricants d'onduleurs photovoltaïques proposent leur supervision propre connectée à leur onduleur. Le plus souvent le système d'acquisition des données est intégré à l'onduleur et sa consultation se fait par un logiciel dédié. Parfois, la supervision est composé d'un datalogger qui permet de centraliser les données de plusieurs onduleurs et éventuellement, de les rendre accessible à distance via internet.

Avantages Inconvénients
Données précises Ne fonctionne pas avec d'autres marques d'onduleur
Tous les messages et alarmes sont transmises Coût important
Données accessibles à distance

Exemples de supervision connectée à l'onduleur photovoltaïque (solution propre au fabricant d'onduleur) :


Supervision connectée à l'onduleur photovoltaïque (solution indépendante connectée à l'onduleur)

Le système de supervision Solar-Log connecté à l'onduleur

D'autres systèmes de supervision connectés à l'onduleur fonctionnent indépendamment de la marque de l'onduleur photovoltaïque. Plutôt adaptés aux moyennes et grandes installations photovoltaïques, les systèmes utilisent les protocoles de communication des onduleurs pour récupérer toutes les données de production et les alarmes. En règle général, ces données sont également accessibles à distance via un serveur.

Avantages Inconvénients
Fonctionne avec toutes les marques d'onduleur Coût important
Données précises Installation et paramétrage difficile
Tous les messages et alarmes sont transmises
Données accessibles à distance
Solution personnalisable

Exemples de supervision connectée à l'onduleur photovoltaïque (solution indépendante connectée à l'onduleur) :


Supervision indépendante non connectée aux onduleurs

Principe du système de supervision PRIMERGI

Enfin, des systèmes de supervision indépendants non-connectés à l'onduleur permettent également d'assurer le suivi d'une installation photovoltaïque. Ces systèmes effectuent leurs propres mesures au plus près des chaînes de modules photovoltaïques et sur la partie courant alternatif de l'installation. Ils sont en général couplés à des capteurs d'ensoleillement et de températures et possèdent un système de transmission à distance. Complètement personnalisable, cette supervision est adaptée pour les grandes installations photovoltaïques.

Avantages Inconvénients
Fonctionne avec toutes les marques d'onduleur Coût important
Données précises Installation et paramétrage difficile
Données accessibles à distance Les messages et alarmes des onduleurs ne sont pas transmises
Solution personnalisable

Exemples de supervision indépendante non connectée aux onduleurs photovoltaïques :

Le générateur photovoltaïque

La maintenance du générateur photovoltaïque se résume à l'inspection visuelle des modules, à leur nettoyage et à leur remplacement en cas de défaillance[3]. Tous ces travaux nécessitent la mise en place de mesures de prévention et de protection des biens et des personnes[4].

Inspection visuelle

Détection de points chauds par thermographie

L'inspection visuelle du générateur photovoltaïque permet de s'assurer de l'état de propreté des modules et de repérer certaines anomalies. Généralement effectuée annuellement dans le cadre d'une petite installation, elle peut être programmée différemment pour une plus grande installation selon les recommandation d'un système de supervision.

Les anomalies pouvant être détectées :

  • Modules souillés
  • Présence de feuilles mortes, de fientes
  • Verre des modules cassé ou fissuré
  • Dé-lamination et donc infiltration d'eau par la condensation à l'intérieur des modules
  • Mauvais état de fixation des modules par rapport à la structure
  • Détection de points chauds par thermographie (cellules, boîte de connexion)
  • Défauts de câblage : mauvais état, déserrage, ...

Nettoyage des modules

Nettoyage de modules avec un robot[5]

Le nettoyage des modules permet de supprimer la crasse et de retrouver le niveau de production d'électricité d'origine. La fréquence de nettoyage est très variable selon les installations photovoltaïques. Elle dépend de l'environnement et de l'inclinaison du système. En règle général, on nettoie le générateur photovoltaïque au printemps, en prévision des jours les plus ensoleillés. Ils font prendre en compte aussi les salissures saisonnières comme la tombée des feuilles en automne ou encore les vents de sables du Sahara remontant la Méditerranée vers l'Europe (plus important au printemps, même s'ils perdurent l'été et le début de l'automne)[6].

En règle générale, la surface des modules est nettoyée naturellement par l'eau de pluie, qui s'écoule par gravité, plus ou moins efficacement selon l'inclinaison des modules.

  • Pour les petites installations, on peut envisager le nettoyage des modules avec de l'eau claire sans détergent, avec une raclette en caoutchouc.
  • Pour les grandes installations, le nettoyage des modules s'effectue avec de l'eau pure obtenue par osmose inverse. L'effet nettoyant se produit par l'action d'ions d'hydrogène libres chargés positivement et d'ions d'hydroxyde libres chargés négativement qui vont tenter de se reminéraliser et donc emporter avec eux les impuretés.

On profitera du nettoyage des modules pour entretenir les évacuation des eaux pluviales et les trop-pleins.

Enneigement annuel en France[7]

Dans les régions froides, l'hiver est synonyme de manteau neigeux, et les modules photovoltaïques ne sont pas épargnés à cet aléa. Lorsque les modules sont recouverts, ils ne produisent pas ou très peu. Avant d'envisager de les déneiger, il faut se poser la question si cela vaut le coup. En effet, l'ensoleillement est naturellement faible en hiver et le gain de production obtenu par déneigement n'est pas forcément avantageux comparé aux risques et aux efforts fournis.

Voici un tableau résumant les gains potentiels de la production photovoltaïque lors des journées d'hiver dans des régions régulièrement enneigées, pour un système de 1kWc, orienté plein Sud, avec une inclinaison optimale :

Épinal Besançon Clermont-Ferrand Grenoble
Inclinaison optimale des modules 34° 35° 36° 35°
Production journalière moyenne en hiver (Novembre-Février) (en Wh/jr)[8] 1243 1500 1798 1930
Revenus journaliers au tarif 60cts/kWh (en €/jr) 0,75 € 0,90 € 1,08 € 1,16 €
Revenus journaliers au tarif 30cts/kWh (en €/jr) 0,37 € 0,45 € 0,54 € 0,58 €
Revenus journaliers au tarif 15cts/kWh (en €/jr) 0,19 € 0,23 € 0,27 € 0,29 €


Si vous souhaitez toutefois déneiger le générateur photovoltaïque :

  • Attention, il est vivement déconseillé de monter sur le toit pour déneiger les modules ! Les chutes mortelles sont malheureusement assez fréquentes[9].
  • Le déneigement des modules peut se faire avec une raclette en caoutchouc, veillez à ce qu'aucune partie métallique ne parvienne à rayer les modules.
  • En préventif, on peut installer un système de ruissellement de fluides de dégivrage sur le dessus du générateur photovoltaïque[10]

Maintenance corrective

La maintenance corrective est effectuée après défaillance ou dysfonctionnement d'un ou ou plusieurs modules photovoltaïques. En règle générale, le ou les modules défaillants sont tout simplement remplacés. Il se pose alors la question de prévoir des modules supplémentaires au début du projet. En effet, il sera difficile de trouver des modules équivalents des années après l'installation.

Les modules défaillants seront ensuite collectés puis recyclés par des organismes spécialisés.

L'onduleur

La maintenance de l'onduleur d'une installation photovoltaïque est primordiale. En effet, l'onduleur est la pièce centrale de l'installation, il doit donc être entretenu et contrôlé au moins une fois par an.

Entretien

L'onduleur est un un appareil électronique sensible, avec une durée de vie plus limitée que les modules photovoltaïques : de 8 à 12 ans[11]. De plus, un onduleur mal entretenu accusera une baisse de performance plus importante en fin de vie, et avec lui, toute l’installation sera affectée. Afin de garantir une production d'électricité conforme aux prévisions, il convient donc d'effectuer un entretien régulier:

  • garder le local où se situe le ou les onduleurs propre
  • dépoussièrer l'onduleur au niveau des entrées d’air, ses filtres, et s’assurer que les grilles de ventilations ne soient pas obstruées


Contrôle

En complément de l'entretien, un contrôle simple de l’onduleur permet de s'assurer de son fonctionnement :

  • vérifier visuellement l'état général de l'onduleur
  • vérifier le fonctionnement des Led témoins et des affichages
  • vérifier que les câbles de connexion AC et DC sont correctement serrés
  • vérifier qu’il n’y ait pas de trace d’échauffement et/ou de corrosions au niveau des connexions
  • s'assurer du fonctionnement des ventilateurs
  • contrôlez la pile
  • vérifiez les dispositifs de coupure d’urgence de l'onduleur

Le système de protection électrique

Début d'incendie suite à un câble mal serré.

Un bon entretien du système de protection électrique de l'installation photovoltaïque n'est pas à prendre à la légère, puisqu'il assure la sécurité des biens et des personnes.

Cet entretien se résume à des contrôles et des tests du bon fonctionnement de la protection électrique :

  • vérifier le bon état des isolants et l’absence de dégâts causés par les animaux (rongeurs)
  • vérifier le serrage des connexions
  • contrôler l’état des parafoudres (des voyants, mécaniques ou lumineux, indiquent l’état des parafoudres : par exemple vert = en bon état, rouge = hors service)
  • contrôler l’état des fusibles (à l'aide d'un testeur de fusibles ou d'un multimètre)
  • manœuvrer les protections AC et contrôler le découplage de l’onduleur.
  • manœuvrer les protections DC
  • vérifier la continuité des liaisons équipotentielles (à l'aide d'un ohmmètre)
  • mesurer les tensions de branche DC
  • mesurer l'isolement des câbles DC et AC
  • tester les dispositifs d’arrêt d’urgence

Le régulateur

Le régulateur de charge présent dans les installations photovoltaïques autonomes permet de contrôler la charge des batteries. Il est aussi le garant de la protection des batteries contre les surtensions et les sous-tensions. Ainsi, un bon entretien du régulateur de charge permet de garantir la durée de vie des batteries.

Les points à vérifier sont :

  • le serrage et l'état des câbles
  • le bon fonctionnement de l'appareil (à l'aide de l'affichage et des LED)

Tout comme l'onduleur, il faut dépoussièrer le régulateur au niveau des entrées d’air, ses filtres, et s’assurer que les grilles de ventilations ne soient pas obstruées. Ensuite on peut réaliser divers essais, comme le test de fin de charge ou de l'arrêt de la charge.


Les batteries

Repères Min et Max pour le remplissage des batteries plomb ouverte.

Les batteries ont une durée de vie limitée selon la technologie utilisée et le nombre de cycles de charge et décharge[12], l'entretien des batteries permettra de leur garantir une durée de vie optimale:

Technologies Nombre de cycles de charge/décharge Durée de vie
Plomb 400 - 1200 5 à 6 ans, 25 ans pour les batteries industrielles
NiCd 1500 - 2000 15 à 20 ans
NiMH 800 - 1000
Li-ion 500 - 1000

Entretien

Il convient d'effectuer un entretien annuel du système de batterie :

  • nettoyer les bacs et la surface supérieure des batteries (enlever toute trace de saleté, de poussière et d'humidité)
  • nettoyer les bornes et les connexions (éliminer les sels et les traces d'acide avec une éponge humide)
  • graisser avec une graisse neutre les bornes de chaque élément

Contrôle

  • vérifier le serrage des bornes
  • vérifier la tenue des câbles et l'état des fusibles
  • pour les batteries ouvertes, vérifier l'état et le niveau de l'électrolyte

Dans le cas où le niveau de l'électrolyte doit être complété (ne jamais se trouver à un niveau inférieur au niveau minimal), utilisez uniquement de l'eau déminéralisée ou distillée. Une fois le niveau ajusté, procédez à une charge d'égalisation ou une charge forcée afin d'homogénéiser l'électrolyte.

Entretien extérieur

Ombre d'un arbre sur le générateur photovoltaïque.

Le bon fonctionnement de l'installation photovoltaïque passe aussi par l'entretien de l'environnement extérieur.

  • élaguer les arbres susceptibles de faire de l'ombre sur le générateur photovoltaïque
  • pour les centrales au sol, assurer la tonte de la végétation


Le carnet d'entretien

Tout comme un véhicule, l'installation photovoltaïque doit être associée à un carnet d'entretien qui va permettre de garder la traçabilité des différents évènements dont les interventions de maintenance. On retrouvera dans ce carnet :

  • les relevés mensuels de la production électrique
  • les incidents éventuels : baisse du rendement, alarmes, pannes, etc.
  • les interventions de maintenance préventive ou correctives, les remplacements de matériels, etc.
  • toute remarque utile au suivi technique de l'installation


Notes et références

  1. La Prédictive Maintenance Conditionnelle – La maintenance:[1]
  2. Michaël Bressan. Développement d'un outil de supervision et de contrôle pour une installation solaire photovoltaïque. Electronics. Universitée de Perpignan, 2014. <tel-01068025> : [2]
  3. Hespul - MEMO sur la maintenance préventive des installations photovoltaïques : [3]
  4. Assurance maladie - Pose, maintenance et dépose des panneaux solaires thermiques et photovoltaïques en sécurité : [4]
  5. Alectron Energy : [5]
  6. Institut de Veille Sanitaire - Note de synthèse relative à la problématique des vents de sable en provenance des déserts : [6]
  7. meteo-express.com - Jours de neige annuels : [7]
  8. Joint Research Centre - Photovoltaic Geographical Information System : [8]
  9. Forum photovoltaïque - Neige et panneaux : [9]
  10. Sycomoreen - Optimisations Photovoltaïques Autonomes avec Liquides en Ecoulement (OPALE) : [10]
  11. Photovoltaïque.info - Onduleurs : [11]
  12. Sylvain Brigand, Installations solaires photovoltaïques, Le Moniteur, Paris, 2011 ISBN:978-2-281-11497-3, p. 88