Comment choisir des panneaux solaires en environnement poussiéreux en France ? Encrassement, points chauds et coûts de maintenance

La France n’est pas un marché photovoltaïque désertique. Pourtant, la poussière et les salissures peuvent réduire sensiblement les performances de certaines installations solaires.

Dans le sud de la France et sur le pourtour méditerranéen, des épisodes de transport de poussières sahariennes peuvent se produire sous certaines conditions météorologiques. Ces particules peuvent ensuite se déposer sur les toitures, les véhicules et les panneaux solaires, notamment après des épisodes de pluie chargée en sable.

Les installations photovoltaïques françaises peuvent également être exposées à d’autres sources d’encrassement :

• pollen, poussières de sol et débris végétaux autour des bâtiments agricoles ;
• particules industrielles à proximité des usines, carrières et chantiers ;
• poussières routières sur les bâtiments proches des axes de transport ;
• fientes d’oiseaux sur les entrepôts, bâtiments agroalimentaires et sites côtiers ;
• dépôts de boue sur les panneaux installés avec une faible inclinaison.

Dans ces environnements, le choix des panneaux solaires ne doit pas reposer uniquement sur la puissance nominale ou le prix par watt.

Trois questions sont particulièrement importantes :

Quelle quantité d’énergie risque d’être perdue à cause de l’encrassement ? Les salissures localisées peuvent-elles provoquer des points chauds ? Combien coûteront le nettoyage et les inspections pendant toute la durée de vie de l’installation ?

Sommaire

• Pourquoi les salissures localisées sont-elles plus dangereuses qu’un dépôt uniforme ?
• Quels critères vérifier lors du choix des panneaux solaires ?
• Comparaison des solutions pour les environnements poussiéreux
• Comment la conception de l’installation peut-elle limiter l’encrassement ?
• Pourquoi privilégier une maintenance déclenchée par les données ?
• Quelles erreurs faut-il éviter lors du nettoyage ?
• Quel est l’intérêt de la thermographie infrarouge ?
• Recommandations selon les principaux scénarios français
• Questions fréquentes

1. Pourquoi les salissures localisées sont-elles plus dangereuses qu’un dépôt uniforme ?

Selon l’IEA PVPS, l’encrassement peut représenter en moyenne environ 4 à 7 % des pertes de production photovoltaïque à l’échelle mondiale.

Cette valeur ne doit toutefois pas être appliquée automatiquement à chaque projet français. Les pertes réelles dépendent fortement :

• du niveau de précipitations ;
• du type de pollution ;
• de l’inclinaison des panneaux ;
• de la durée des périodes sèches ;
• de la fréquence de nettoyage ;
• de l’environnement du bâtiment.

Encrassement uniforme : principalement une perte optique

Une couche uniforme de poussière agit comme un filtre gris sur la surface du panneau solaire.

Elle réduit la quantité de lumière atteignant les cellules photovoltaïques, ce qui entraîne généralement une diminution du courant et de la puissance maximale.

Lorsque le dépôt reste relativement homogène, le principal effet est donc une baisse globale de la production.

Salissures localisées : un risque de déséquilibre électrique

Les salissures localisées peuvent prendre différentes formes :

fientes d’oiseaux ;

bande de boue le long du bord inférieur ;

feuilles ou débris végétaux ;

dépôts huileux issus d’activités industrielles ;

résidus concentrés dans certaines zones de drainage.

Lorsqu’une cellule ou une partie d’un sous-circuit est fortement masquée, sa production devient inférieure à celle des cellules voisines.

Dans certaines conditions de fonctionnement, la zone ombragée peut être soumise à une polarisation inverse et dissiper une partie de l’énergie sous forme de chaleur. Cela peut provoquer une élévation locale anormale de la température, appelée point chaud.

L’IEA PVPS indique que les fientes d’oiseaux et les salissures non uniformes peuvent contribuer à la formation de points chauds et, dans les cas les plus sévères, endommager les cellules, le verre ou la face arrière du panneau.

Cependant :

La présence d’une fiente ou d’un dépôt localisé ne signifie pas nécessairement qu’un panneau sera endommagé. Le risque dépend de la surface masquée, de sa position, de la conception électrique du panneau et de la durée de l’exposition.

2. Quels critères vérifier lors du choix des panneaux solaires ?

2.1 Le cadre et l’évacuation de l’eau

Sur de nombreux panneaux solaires traditionnels, le cadre en aluminium dépasse légèrement de la surface du verre.

Lorsque l’eau de pluie ou l’eau de nettoyage s’écoule vers le bas, elle entraîne avec elle des poussières et des particules. Une partie de ces résidus peut être retenue par le bord inférieur du cadre.

Après évaporation de l’eau, une bande de boue peut progressivement se former.

Pour les toitures industrielles ou commerciales à faible inclinaison, il peut être utile de privilégier :

• un verre affleurant avec le cadre ;
• un cadre avant de faible hauteur ;
• des angles ou rainures de drainage ;
• une conception sans cadre ;
• une géométrie limitant la rétention d’eau au bord inférieur.

PVsyst indique que les poussières, mousses ou lichens peuvent s’accumuler le long du cadre et créer un masquage local des cellules situées en partie basse. Ces dépôts ne sont pas toujours éliminés par la pluie.

Une conception affleurante ou optimisée pour le drainage peut donc réduire la tendance à l’accumulation.

Elle ne rend cependant pas le panneau totalement autonettoyant.

Les fientes d’oiseaux, le pollen, les dépôts industriels huileux et certaines salissures collantes peuvent toujours nécessiter une intervention.

2.2 La conception électrique et les diodes de dérivation

Dans un environnement poussiéreux, il ne suffit pas de vérifier si un panneau utilise des technologies MBB, demi-cellules ou cellules découpées.

Quel est le rôle du MBB ?

La technologie multibusbar peut :

• multiplier les chemins de collecte du courant ;
• réduire certaines pertes résistives ;
• raccourcir la distance parcourue par le courant à la surface de la cellule ;
• améliorer la tolérance à certaines microfissures.

Elle ne permet toutefois pas au courant de contourner automatiquement une cellule entièrement masquée par une fiente ou une salissure opaque.

Quel est le rôle des demi-cellules et des cellules découpées ?

Les conceptions à demi-cellules ou à cellules multiples réduisent généralement le courant dans chaque partie du circuit et divisent le panneau en plusieurs zones électriques.

Dans certaines configurations d’ombrage, cette organisation peut réduire la partie de la puissance affectée.

Mais le résultat dépend toujours :

• de la disposition des cellules ;
• du nombre de sous-circuits ;
• de l’orientation du panneau ;
• de la position de la salissure ;
• de la répartition des diodes de dérivation.

Que faut-il demander au fournisseur ?

Avant de choisir un panneau solaire pour un site poussiéreux, il est utile de vérifier :

• le nombre de sous-circuits électriques ;
• le nombre de diodes de dérivation ;
• les zones de cellules protégées par chaque diode ;
• l’effet d’une bande de boue en montage portrait ou paysage ;
• la conformité aux essais de résistance aux points chauds applicables.
• Pour évaluer le comportement face à une salissure localisée, la configuration des cellules et des diodes est souvent plus importante que la seule mention « MBB ».

2.3 La structure double verre et la résistance de la face arrière

Les panneaux solaires double verre remplacent généralement la face arrière polymère par une deuxième feuille de verre.

Cette structure peut offrir une protection différente contre :

• l’humidité ;
• certains environnements agricoles ;
• le vieillissement de la face arrière ;
• certaines contraintes mécaniques ;
• les atmosphères salines ou corrosives, selon les certifications du produit.

Elle peut être particulièrement intéressante pour les bâtiments agricoles, les zones côtières ou certains environnements industriels.

Toutefois :

Le double verre protège principalement la face arrière du panneau. Il ne signifie pas que le verre avant résiste automatiquement mieux à l’abrasion du sable.

La résistance de la face avant dépend notamment :

• du verre utilisé ;
• du traitement antireflet ;
• de la méthode de nettoyage ;
• du type de brosse ;
• de la présence de particules abrasives.

Un nettoyage à sec sur une surface couverte de sable peut endommager le verre ou le revêtement antireflet, y compris sur un panneau double verre.

2.4 Le coefficient de température des panneaux de type N

Les périodes sèches et poussiéreuses peuvent également coïncider avec des températures élevées, en particulier sur les toitures métalliques peu ventilées du sud de la France.

Les panneaux solaires de type N, notamment TOPCon et HJT, présentent souvent un coefficient de température Pmax plus faible que certains panneaux PERC traditionnels.

Selon les produits, ce coefficient peut se situer autour de :

• −0,30 %/°C pour certains panneaux TOPCon ;
• −0,24 %/°C pour certains panneaux HJT.

Un coefficient de température plus proche de zéro permet de réduire les pertes de puissance lorsque la température des cellules augmente.

Cependant, il ne compense pas directement la perte de lumière causée par une couche de poussière.

Ces fonctions doivent donc être distinguées :

• la conception du cadre limite certaines accumulations ;
• l’architecture électrique réduit l’impact de certains masquages ;
• le faible coefficient de température réduit les pertes liées à la chaleur.
• Aucune de ces caractéristiques ne remplace les deux autres.

3. Comparaison des solutions pour les environnements poussiéreux

Les résultats réels dépendent toujours du produit, de son schéma électrique, de l’installation et de l’environnement du site.

4. Comment la conception de l’installation peut-elle limiter l’encrassement ?

Éviter une installation presque horizontale

Plus un panneau solaire est proche de l’horizontale, plus les poussières et l’eau ont tendance à rester sur sa surface.

Une inclinaison plus importante facilite généralement l’écoulement de l’eau et l’évacuation d’une partie des particules sous l’effet de la gravité.

Il n’existe toutefois pas en France de règle universelle imposant une inclinaison minimale de 10 ou 15 degrés pour tous les projets poussiéreux.

L’angle d’installation doit également tenir compte :

• de la structure de la toiture ;
• des charges de vent ;
• de l’ombrage entre rangées ;
• de la densité de puissance ;
• des chemins d’accès incendie ;
• du drainage de la toiture ;
• de la capacité portante du bâtiment.
• Le principe le plus fiable est le suivant :
• Lorsque la structure le permet, éviter une surface parfaitement horizontale et maintenir un chemin continu pour l’écoulement de l’eau.

Montage portrait ou paysage ?

Aucune orientation n’est systématiquement meilleure.

Le résultat dépend :

• du bord sur lequel la salissure s’accumule ;
• de la disposition interne des cellules ;
• de l’orientation des sous-circuits ;
• de la répartition des diodes de dérivation ;
• de la direction de déplacement des équipements de nettoyage.

La méthode la plus fiable consiste à superposer la zone probable de dépôt avec le schéma électrique du panneau.

Il est donc préférable de demander au fabricant un plan clair de la disposition des cellules et des diodes avant de décider du sens de pose.

5. Pourquoi privilégier une maintenance déclenchée par les données ?

Un nettoyage fixe tous les trois ou six mois n’est pas nécessairement la solution la plus économique.

Dans certaines régions françaises, la pluie peut éliminer une grande partie des poussières légères. Sur d’autres sites, quelques semaines de sécheresse, un épisode de poussière saharienne ou une forte présence d’oiseaux peuvent rapidement justifier une intervention.

PVsyst permet de définir des pertes d’encrassement différentes selon les mois, car les conditions de pluie et de pollution évoluent au cours de l’année.

Pour une installation réelle, une inspection ou un nettoyage peut être déclenché lorsque :

• la production d’un onduleur ou d’une chaîne s’écarte durablement des prévisions ;
• un capteur d’encrassement dépasse un seuil défini ;
• un épisode de poussière saharienne laisse des dépôts visibles ;
• des travaux, récoltes ou activités industrielles augmentent brusquement la pollution ;
• une bande de boue continue apparaît au bord des panneaux ;
• des fientes couvrent une zone de cellules importante ;
• une inspection infrarouge détecte une élévation locale anormale de température.

La décision doit reposer sur une comparaison économique :

La valeur de l’énergie récupérable doit être supérieure au coût du nettoyage, de l’accès à la toiture, de la main-d’œuvre et des mesures de sécurité.

Cette logique est particulièrement pertinente en France, où les interventions en toiture peuvent représenter un coût important.

6. Quelles erreurs faut-il éviter lors du nettoyage ?

Les poussières contenant du sable peuvent être abrasives.

Un brossage à sec peut faire glisser les particules sur le verre et provoquer des micro-rayures ou une dégradation progressive du traitement antireflet.

Il est recommandé de :

• suivre les instructions de nettoyage du fabricant ;
• utiliser de l’eau déminéralisée ou adaptée au nettoyage photovoltaïque ;
• ramollir les salissures persistantes avant de les brosser ;
• utiliser uniquement des outils souples compatibles avec le verre ;
• nettoyer de préférence lorsque les panneaux ne sont pas fortement chauffés ;
• éviter les produits chimiques non autorisés ;
• ne jamais marcher directement sur les panneaux ;
• éviter de diriger un jet haute pression vers les joints, les connecteurs ou la boîte de jonction.

Il faut notamment éviter de projeter de l’eau très froide sur un verre fortement chauffé, car une différence de température importante peut augmenter les contraintes thermiques.

7. Quel est l’intérêt de la thermographie infrarouge ?

Les points chauds provoqués par des salissures localisées ne déclenchent pas toujours immédiatement une alarme de l’onduleur.

Une inspection par caméra thermique, au sol ou par drone, peut aider à repérer :

• les cellules présentant une température anormalement élevée ;
• les zones affectées par des fientes ;
• les déséquilibres électriques ;
• les diodes de dérivation défectueuses ;
• les anomalies de boîtes de jonction ;
• certains défauts de connecteurs.

L’IEA PVPS considère la thermographie infrarouge et l’imagerie visible comme des outils utiles pour identifier les points chauds et certaines salissures localisées.

Les résultats doivent néanmoins être interprétés avec prudence et, si nécessaire, confirmés par :

• des mesures électriques ;
• un contrôle visuel ;
• une analyse de courbe I-V ;
• une comparaison entre chaînes.

Pour les grandes toitures industrielles et logistiques françaises, cette méthode permet de localiser les anomalies avant d’envoyer une équipe effectuer un nettoyage ou une réparation ciblée.

8. Recommandations selon les principaux scénarios français

9. Questions fréquentes

Les panneaux solaires anti-encrassement peuvent-ils fonctionner sans aucun nettoyage ?

Non.

Une conception affleurante, sans cadre ou dotée d’un meilleur drainage peut réduire certaines accumulations au bord inférieur.

Elle ne peut pas empêcher complètement :

• les fientes d’oiseaux ;
• le pollen collant ;
• les dépôts industriels huileux ;
• les salissures organiques ;
• les résidus formés après une pluie chargée en poussière.

Le positionnement correct est donc :

Réduire la tendance à l’encrassement et la fréquence de nettoyage, et non supprimer totalement la maintenance.

La pluie suffit-elle à nettoyer les panneaux solaires en France ?

Une pluie suffisamment forte peut éliminer une partie des poussières légères.

Elle ne suffit pas toujours pour enlever :

• les bandes de boue ;
• les fientes d’oiseaux ;
• les résidus huileux ;
• les dépôts organiques ;
• les salissures concentrées au bord du cadre.

Une pluie faible peut également mélanger poussière et pollen, puis laisser des taches après évaporation.

Les panneaux de type N résistent-ils mieux à la poussière ?

Pas directement.

Les panneaux TOPCon et HJT présentent souvent un coefficient de température plus faible, ce qui réduit certaines pertes liées à la chaleur.

Cependant, les pertes dues aux poussières dépendent principalement :

• de la surface du verre ;
• du cadre ;
• du drainage ;
• du schéma électrique ;
• des diodes de dérivation ;
• de l’inclinaison ;
• de la stratégie de nettoyage.

Le MBB empêche-t-il la formation de points chauds ?

Non.

Le MBB améliore surtout la collecte du courant et peut renforcer la tolérance à certaines microfissures.

Le comportement en cas de salissure localisée dépend toujours de la disposition des cellules, des sous-circuits, des diodes de dérivation et de la position exacte du dépôt.

Conclusion : ne pas comparer uniquement la puissance initiale

Pour un projet photovoltaïque installé dans un environnement poussiéreux, agricole, industriel ou fortement fréquenté par les oiseaux, la puissance nominale ne suffit pas pour juger la rentabilité à long terme.

Un panneau solaire peut afficher une puissance élevée, mais générer davantage de coûts si :

• son cadre favorise la formation de bandes de boue ;
• son schéma électrique réagit mal aux salissures localisées ;
• son verre nécessite des méthodes de nettoyage complexes ;
• la maintenance exige des interventions fréquentes en toiture.

Une sélection plus complète doit prendre en compte :

• la capacité du cadre à évacuer l’eau ;
• la zone électrique touchée par une salissure localisée ;
• la répartition des diodes de dérivation ;
• la compatibilité entre le verre et les outils de nettoyage ;
• le coefficient de température ;
• la facilité d’accès pour l’inspection ;
• le coût de l’énergie perdue par rapport au coût du nettoyage.

Le meilleur panneau solaire pour un environnement poussiéreux n’est pas celui qui ne se salit jamais, mais celui qui limite l’accumulation, réduit l’impact des masquages localisés et rend les coûts d’exploitation plus prévisibles.

Sources

Météo-France — Ciel orange et sable : d’où vient ce phénomène ?

https://meteofrance.com/actualites-et-dossiers/magazine/questions/ciel-orange-et-sable-dou-vient-ce-phenomene

IEA PVPS — Understanding, Measuring, and Mitigating Soiling Losses

https://iea-pvps.org/fact-sheets/fs-soiling-losses/

IEA PVPS — Guidelines for Operation and Maintenance of Photovoltaic Power Plants in Different Climates

https://iea-pvps.org/wp-content/uploads/2022/11/IEA-PVPS-Report-T13-25-2022-OandM-Guidelines.pdf

IEA PVPS — Soiling Losses: Impact on the Performance of Photovoltaic Power Plants

https://iea-pvps.org/wp-content/uploads/2023/01/IEA-PVPS-T13-21-2022-REPORT-Soiling-Losses-PV-Plants.pdf

PVsyst — Soiling Loss

https://www.pvsyst.com/help/project-design/array-and-system-losses/soiling-loss.html