Malte teste des systèmes qui peuvent détecter plus tôt les défauts des panneaux solaires et les pertes de production

Les chercheurs ont utilisé dix installations solaires de Malte comme laboratoires dans des conditions réelles pour tester des méthodes permettant d'identifier les pannes et les pertes de production avant qu'elles ne causent des problèmes plus importants. Le projet PROMISE, financé par le programme européen Horizon, a combiné des capteurs, des répliques numériques des installations, une analyse automatique des données et une formation pratique pour les techniciens, dans un environnement exposé à des étés très chauds, à de l'air salin et à des épisodes de poussière saharienne.

En résumé, Malte bénéficie d'environ 3 000 heures de soleil par an, mais les températures élevées, l'air marin et les tempêtes de poussière saharienne créent des conditions difficiles pour le fonctionnement à long terme des panneaux photovoltaïques. Les chercheurs ont surveillé dix installations réelles en utilisant des capteurs mesurant la production d'électricité, la lumière solaire, le vent et la température. Les données peuvent indiquer le moment où une intervention de maintenance est nécessaire. Le projet a développé des répliques numériques des installations et des outils basés sur l'intelligence artificielle pour tester des scénarios et identifier automatiquement les écarts pouvant signaler une panne. Les étudiants et les techniciens ont été formés à examiner les panneaux par des inspections visuelles, des photographies, des listes de contrôle et des tests d'électroluminescence qui peuvent révéler des fissures ou des défauts cachés. Les petites installations solaires représentent environ la moitié de la capacité photovoltaïque européenne et peuvent rencontrer des problèmes similaires de surveillance et de maintenance, en particulier lorsque les propriétaires n'ont pas de contrats de service spécialisés.

Malte offre des conditions favorables à la production d'électricité solaire, mais c'est aussi un environnement exigeant pour les équipements. L'île bénéficie d'environ 3 000 heures de soleil par an, et les panneaux sont simultanément exposés à des températures élevées, à l'humidité et au sel transporté par l'air marin, ainsi qu'à la poussière périodiquement amenée du Sahara.

Ces conditions permettent aux chercheurs d'observer plus rapidement des problèmes qui, dans d'autres régions d'Europe, peuvent apparaître plus lentement. Le président de la Foundation for Innovation and Research – Malte et coordinateur du projet PROMISE, Brian Azzopardi, a expliqué que les systèmes qui résistent dans l'environnement maltais devraient pouvoir fonctionner dans d'autres régions européennes avec des conditions moins sévères.

PROMISE a analysé pendant trois ans des méthodes pour améliorer la surveillance, la maintenance et la fiabilité des systèmes photovoltaïques. Le projet ne s'est pas seulement concentré sur la performance des nouveaux panneaux, mais aussi sur la manière dont les installations déjà montées peuvent être maintenues en fonctionnement pendant une période plus longue.

L'utilisation de l'énergie solaire s'est rapidement étendue à Malte depuis environ 2010, avec le soutien de subventions publiques et de programmes communautaires. Selon l'estimation présentée par Azzopardi, le taux d'adoption a atteint environ 20 % à 22 %, après avoir été presque inexistant auparavant.

L'augmentation du nombre d'installations a rendu le problème de la maintenance plus visible. Une installation photovoltaïque peut continuer à produire de l'électricité même si un ou plusieurs panneaux ne fonctionnent plus à leur capacité normale. Le propriétaire peut ne remarquer la panne que lorsque la perte de production devient suffisamment importante pour apparaître sur les factures ou dans les données générales du système.

Le retard peut permettre l'extension des dommages ou l'accumulation de pertes de production. L'équipe du projet a tenté d'identifier les changements plus tôt, avant que la panne ne devienne évidente pour le propriétaire.

Les chercheurs ont installé des capteurs disponibles dans le commerce qui mesurent la quantité d'électricité produite, le rayonnement solaire, la température et la vitesse du vent. La comparaison de la production effective avec la météo et les conditions de fonctionnement permet de différencier une baisse normale causée par des nuages d'une perte qui peut indiquer un problème technique.

Les données ont été introduites dans un système de surveillance capable d'estimer quand une maintenance pourrait être nécessaire. L'objectif est que les vérifications et les réparations puissent être programmées avant que le problème ne cause une baisse significative de la production.

L'équipe a également développé des jumeaux numériques, des répliques informatiques des installations réelles. Un tel modèle reproduit le comportement du système et permet de tester plusieurs situations sans intervention directe sur l'installation physique.

Les chercheurs peuvent comparer les données reçues des panneaux avec les résultats que le modèle considère comme normaux dans les mêmes conditions. Une différence persistante entre le comportement réel et celui estimé peut signaler une panne, une nouvelle ombre, de la saleté, la détérioration d'un panneau ou un problème avec un autre composant.

Les outils basés sur l'intelligence artificielle analysent en continu les données et signalent automatiquement les anomalies. Le système ne répare pas l'installation et ne détermine pas de manière autonome la cause d'un problème, mais peut attirer l'attention du technicien sur un point nécessitant vérification.

La surveillance s'est déroulée dans dix "Living Labs", des installations réelles utilisées simultanément pour la production d'énergie, la recherche et la formation des spécialistes. Cette approche permet de tester les outils dans des conditions quotidiennes, sans se limiter à des expériences réalisées exclusivement en laboratoire.

Les installations photovoltaïques peuvent perdre en performance pour plusieurs raisons. La poussière, la saleté et les excréments d'oiseaux peuvent réduire la lumière atteignant les cellules. La construction d'un bâtiment à proximité peut créer une zone d'ombre qui n'existait pas lors du montage des panneaux, et les températures, le sel et les sollicitations mécaniques peuvent contribuer à la détérioration des composants.

Les systèmes photovoltaïques ont peu de pièces mobiles, mais cela ne signifie pas qu'ils n'ont pas besoin de vérifications. Les câbles, les connexions, les onduleurs, les supports et la surface des panneaux peuvent subir des défauts ou des dégradations qui réduisent la production ou affectent la sécurité de l'installation.

Le problème est particulièrement pertinent pour les petites installations sur les toits des maisons. Leurs propriétaires ne bénéficient pas toujours de contrats de maintenance complets ou de systèmes avancés de surveillance, et certaines pannes peuvent rester inaperçues pendant une période prolongée.

Le projet a également abordé la formation du personnel comme partie intégrante du même problème. L'expansion de la capacité solaire crée le besoin de techniciens et de chercheurs qui comprennent le fonctionnement des installations, peuvent interpréter les données et identifier les défauts physiques.

Les étudiants qui ont participé aux écoles internationales d'été ont visité les installations et ont travaillé avec des données provenant de systèmes réels. Ils ont appris à réaliser des inspections visuelles, à photographier et à documenter les défauts et à utiliser des listes de contrôle structurées.

Une méthode plus avancée utilisée dans la formation a été l'électroluminescence. Pendant le test, l'électricité est introduite à l'envers dans un panneau solaire, et les cellules émettent une lumière infrarouge très faible, invisible à l'œil humain.

Des caméras spécialisées peuvent enregistrer cette lumière et montrer des zones où les cellules ne fonctionnent pas uniformément. La méthode permet de détecter des fissures très petites et d'autres défauts qui peuvent ne pas être visibles lorsque le panneau est examiné de l'extérieur.

L'équipe a également utilisé des jeux, des exercices d'association et des simulations pour former les participants. L'un des jeux reproduit la situation d'un technicien qui doit diagnostiquer une installation, décider quelles interventions sont nécessaires et gérer un budget de maintenance.

L'exercice reflète le fait que la maintenance ne consiste pas seulement à identifier un défaut. Le technicien doit interpréter les données, établir la priorité de l'intervention, discuter des coûts et coordonner la réparation avec le propriétaire ou l'administrateur de l'installation.

Pour le public plus jeune, les chercheurs ont également créé un spectacle intitulé "Dance of the Photon", dans lequel le mouvement des danseurs explique la transformation de la lumière solaire en électricité à l'intérieur d'une cellule photovoltaïque. L'activité a été conçue pour présenter un processus technique sous une forme plus facile à suivre.

L'importance de la maintenance n'est pas limitée à Malte. Les installations de petite taille représentent environ la moitié de la capacité photovoltaïque totale de l'Europe, selon les informations présentées par le projet. Beaucoup sont situées sur des maisons ou sur des propriétés de petites entreprises et peuvent avoir un accès limité à la surveillance et au service spécialisé.

Les outils testés à Malte pourraient aider les propriétaires et les techniciens à identifier plus tôt les baisses inhabituelles de production. Leur application dans d'autres pays dépendra du coût, de la compatibilité avec les installations existantes, de la qualité des données et de la capacité du personnel à interpréter les alertes.

Le projet ne démontre pas que tout système fonctionnant à Malte résistera automatiquement partout en Europe. Les conditions climatiques, les types d'installations et les causes des pannes diffèrent d'une région à l'autre, et les solutions doivent être validées pour l'environnement dans lequel elles seront utilisées.

PROMISE a été financé par le programme de l'Union européenne pour la recherche et l'innovation Horizon. Le projet a réuni recherche technique, tests dans des installations réelles, outils numériques et activités de formation pour le secteur photovoltaïque.

Les jumeaux numériques sont utilisés dans plusieurs secteurs pour reproduire le comportement d'un équipement ou d'un système physique. Dans le cas des installations solaires, ils permettent de comparer la production réelle avec la performance estimée et de simuler les effets des conditions météorologiques, de l'ombrage, de la dégradation ou des pannes.

La maintenance prédictive utilise les données pour estimer quand un problème est susceptible d'apparaître ou quand une intervention devient nécessaire. Elle diffère de la maintenance effectuée uniquement après une panne et des vérifications effectuées à intervalles fixes, indépendamment de l'état de l'installation.

L'expansion de l'énergie solaire augmente le nombre d'équipements à surveiller sur plusieurs décennies. La durée effective de fonctionnement et la quantité totale d'électricité produite dépendent de la qualité des composants, de l'installation, des conditions locales et de la maintenance réalisée après l'installation.

Les résultats et l'expérience accumulés à Malte peuvent être utilisés pour des recherches ultérieures et pour le développement de programmes de formation. Le matériel publié ne précise pas que les outils créés sont déjà devenus des produits commerciaux disponibles sur tous les marchés européens, ni ne quantifie la réduction des coûts ou l'augmentation de la durée de vie obtenue grâce à leur utilisation.