Une approche innovante dévoilée : Prédire la durée de vie des modules solaires dans un contexte d'érosion par le sable

Le 24 février 2025, une nouvelle prometteuse est apparue dans les domaines de la recherche en énergie solaire. Un groupe de chercheurs algériens a réalisé des progrès significatifs dans l'étude de la durabilité des modules solaires en milieu sablonneux. Ils ont conçu un tout nouveau banc d'essai et formulé une loi d'accélération unique qui prend en compte deux facteurs cruciaux : la vitesse du vent et la densité du sable. Cette nouvelle méthodologie a été testée sur quatre modules photovoltaïques (PV), et les résultats ont été remarquables, indiquant des durées de vie allant jusqu'à 47 ans compte tenu de l'impact du sable.

Cette recherche couvre plusieurs domaines importants du secteur de l'énergie solaire, notamment la fabrication, l'évaluation de la qualité des modules, la gestion des problèmes d'encrassement et la R&D technologique globale. Il s'agit d'une contribution significative, notamment pour des régions comme l'Algérie, en Afrique du Nord, où les paysages désertiques sont très répandus et où le potentiel énergétique solaire est vaste, mais limité par l'érosion du sable.

Les scientifiques algériens ont proposé un banc d'essai innovant de vieillissement accéléré spécifiquement pour les modules photovoltaïques et ont développé une loi d'accélération inédite, adaptée à la dégradation induite par l'érosion du sable. Abdelkader Elkharraz, l'auteur correspondant, a déclaré à pv magazine : « Nos recherches se démarquent des modèles existants. Nous avons introduit une loi conçue exclusivement pour l'érosion du sable. En intégrant la vitesse du vent et la densité du sable, nous pouvons prédire la durée de vie des modules en milieu désertique avec une précision bien supérieure. »

Dans les régions désertiques, l'érosion par le sable constitue l'une des menaces les plus redoutables pour la fiabilité des modules photovoltaïques. Le martèlement continu des particules de sable, propulsées par des vents violents, inflige des dommages mécaniques et optiques à la surface des modules. Ces dommages se manifestent sous diverses formes : la couche de verre protectrice est abrasée, le revêtement antireflet est rayé, et la poussière et les débris s'accumulent. Tous ces facteurs se combinent pour réduire la transmission lumineuse et, à terme, la puissance globale des modules.

Ce banc d'essai sur mesure est une merveille d'ingénierie. Il permet aux chercheurs de contrôler précisément les paramètres qui influencent l'érosion du sable. Il est équipé d'un mécanisme d'alimentation en sable permettant d'ajuster la densité du sable, d'un ventilateur à vitesse variable pour réguler la vitesse du vent et d'un étage de rotation garantissant une exposition des modules au sable sous tous les angles. Pour que les tests soient plus représentatifs des conditions réelles du désert, ils ont utilisé du sable provenant de zones de désertification. Ce type de sable présente des grains plus gros et de forme irrégulière, ce qui accentue l'érosion.

L'équipe de recherche a sélectionné quatre modules photovoltaïques en silicium monocristallin pour les tests. Deux d'entre eux étaient des modules Dinel Solaire neufs de 100 watts, tandis que les deux autres étaient des modules Visel de 80 watts, déjà utilisés. Dans la condition d'essai 1, les modules ont été soumis à une densité de sable de 5,8 g/m³ et à une vitesse de vent de 12 m/s. La condition d'essai 2 était encore plus rigoureuse, avec une densité de sable de 10,3 g/m³ et une vitesse de vent de 15 m/s. Selon les chercheurs, la condition 1 simulait un « environnement accéléré et rigoureux », et la condition 2 représentait « un environnement encore plus rigoureux et accéléré ».

La nouvelle loi d'accélération, nommée loi d'Elkharraz-Boussaid d'après ses créateurs, prend en compte la vitesse du vent et la densité du sable. Elle calcule le temps moyen de défaillance (MTTF), qui indique le temps moyen pendant lequel un système peut fonctionner avant de tomber en panne dans des conditions spécifiques. Associé à un programme d'analyse de données basé sur la logique floue, le modèle peut déterminer le facteur d'accélération (FA). Le FA est une mesure cruciale car il quantifie le rapport entre le taux de dégradation en conditions d'essai accélérées et celui en conditions réelles.

Le professeur Elkharraz explique : « Nous avons corrélé les données collectées avec les données éoliennes réelles d'une centrale solaire à Adrar, en Algérie. Cet ensemble complet de données a ensuite été utilisé pour estimer la durée de vie réelle de ces modules dans des conditions d'exploitation typiques du désert. »

Les résultats sont très révélateurs. Dans la région d'Adrar en Algérie, leur modèle, associé au programme d'analyse de données basé sur la logique floue, prédit une durée de vie nettement supérieure de 46,8 ans pour les modules VISEL, par rapport à celle des modules DINEL, estimée à 31,6 ans. Les taux de dégradation annuels corroborent également ces résultats, les modules VISEL affichant un taux de 0,64 % et les modules DINEL de 1,38 %. Ces taux concordent avec les recherches existantes, soulignant le potentiel du modèle pour prévoir avec précision la durée de vie des modules dans les zones exposées au sable.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Renewable Energy, intitulée « Une nouvelle loi d'accélération pour la dégradation par érosion du sable des modules photovoltaïques ». Des scientifiques de l'Université Ahmed Draïa d'Adrar, de l'Université de Médéa et du Centre de développement des énergies renouvelables (CDER), en Algérie, ont collaboré à cette recherche révolutionnaire.