Sommaire :
- Introduction
- Problèmes courants et potentiels des panneaux solaires
- Solutions : choisir des panneaux solaires fiables
- Conclusion
Introduction
Dans le contexte actuel de développement continu des énergies renouvelables, les panneaux solaires attirent une attention croissante en tant que solution énergétique propre et durable. Avec la généralisation des technologies photovoltaïques, les utilisateurs commencent également à prendre conscience des problèmes courants et des risques potentiels liés à l’utilisation de modules photovoltaïques.
Pour garantir un fonctionnement stable et efficace d’un système PV sur le long terme, il est essentiel de comprendre ces problèmes et de savoir comment y faire face. Cet article présente les situations typiques pouvant apparaître durant l’usage, et analyse les points clés pour choisir des composants fiables, afin d’améliorer la performance globale et la production d’énergie du système.
Quels sont les défauts et risques potentiels les plus fréquents des panneaux solaires ?
Bien que ces problèmes puissent sembler variés, la plupart proviennent du vieillissement des matériaux, du stress environnemental, d’anomalies dans le cheminement du courant ou de conditions d’installation inappropriées. Comprendre leurs origines aide à les anticiper dès la phase de sélection et de conception.
L’effet hotspot est essentiellement un phénomène d’instabilité thermique dû à l’accumulation locale de pertes I²R. Lorsque des microfissures, des soudures insuffisantes ou des ombrages partiels augmentent la résistance en série (Rs) d’une cellule, toute la sous-chaîne doit maintenir le même courant, ce qui entraîne une dissipation forcée de l’énergie dans la zone à haute résistance.
Avec un courant de fonctionnement typique de 8–10 A, une augmentation locale de la résistance en série de seulement 20–40 mΩ peut provoquer une élévation de température de 25–45°C, plaçant les matériaux dans une zone d’accélération du vieillissement. Lorsque la température locale atteint 80–110°C, plusieurs modes de défaillance irréversibles apparaissent :
- Peroxydation de l’EVA → jaunissement accéléré, baisse de la transmission lumineuse
- Recuisson des grilles d’argent / rubans → migration du métal et hausse de la résistance locale
- Contraintes verre/cellule non uniformes → fissures superficielles ou latentes
En cas d’ombrage local, le diode bypass entre en conduction prématurément, indiquant que la sous-chaîne fonctionne déjà en mode anormal. Les cycles thermiques répétés (ON/OFF) fatiguent les soudures et accumulent des contraintes dans l’encapsulation, entraînant une extension progressive de la zone hotspot, avec davantage de points chauds visibles sur les thermographies.
Les microfissures sont le plus souvent causées par des chocs mécaniques, des contraintes de fabrication ou des cycles thermiques. Avec l’épaisseur des cellules désormais réduite à 160–170 μm, des fissures latentes, difficiles à détecter, peuvent apparaître plus facilement lors du tri, du soudage, du transport ou de l’installation. Ces fissures diminuent la capacité locale de transport de courant, augmentent la résistance en série (Rs) de la sous-chaîne et entraînent de légères pertes de puissance.
Les snail trails sont l’expression visuelle de ces microfissures en environnement humide : les électrodes d’argent migrent ou se sulfitent au bord des fissures, formant des traces sombres indiquant une fragilité interne du module. Avec l’accumulation des cycles thermiques, les fissures peuvent s’étendre, entraînant une baisse du FF (fill factor), une production irrégulière et une réduction de la performance énergétique à long terme des modules photovoltaïques.
Ainsi, le principal risque lié aux microfissures réside dans la perte de stabilité à long terme, d’où l’importance d’un emballage, d’un transport et d’une installation conformes pour éviter les dommages initiaux.
Défauts internes du module
Les défauts internes d’un module sont généralement liés à l’accumulation de stress mécanique, à la fatigue des matériaux ou à une perte d’étanchéité. Les formes les plus courantes incluent : soudure décollée, rupture de ruban, infiltration d’eau dans la boîte de jonction et délamination des couches d’encapsulation.
Lors du soudage, les points de connexion subissent un choc thermique instantané d’environ 140–160°C ; un refroidissement irrégulier ou une contrainte externe peut provoquer une fatigue du métal. En fonctionnement réel, un module subit environ 600–900 cycles thermiques jour/nuit par an (écart thermique 30–45°C), pouvant entraîner une augmentation de 2–5 mΩ de l’impédance d’interface, suffisante pour rendre instable la transmission du courant dans la sous-chaîne.
Si la boîte de jonction laisse pénétrer l’humidité en raison d’un vieillissement du scellant ou de microfissures du dos (backsheet), celle-ci peut se diffuser le long des rubans, faisant chuter la résistance d’isolement du niveau GΩ à quelques centaines de MΩ, augmentant ainsi les risques de corrosion et de fuites électriques. Par ailleurs, si l’encapsulant (EVA/POE) se délamine prématurément du verre ou du backsheet, le support mécanique des cellules et des rubans s’affaiblit, ce qui favorise les mauvais contacts intermittents lors des cycles thermiques — visibles sous forme de fluctuations des courbes IV, hausse de la résistance en série et production instable à long terme.
Le risque fondamental de ces défauts internes est la rupture de la continuité du chemin de courant, entraînant une perte de performance irréversible. Il est donc essentiel de réduire les chocs mécaniques lors du transport et de l’installation, de limiter les contraintes thermiques et de garantir l’étanchéité et l’intégrité des matériaux tout au long du cycle de vie du système PV et des panneaux solaires.
Dégradation des performances (LID / LeTID / PID)
Les raisons pour lesquelles les performances d’un module diminuent au fil du temps ne sont pas identiques. Les formes les plus courantes incluent :
- LID (Light Induced Degradation) : apparaît principalement lors de la première exposition du module à une lumière intense, avec une dégradation typique de 0,8–1,5 %, due à la formation de complexes bore-oxygène entraînant une réduction de la durée de vie des porteurs.
- LeTID (Light and elevated Temperature Induced Degradation) : survient davantage dans des environnements haute température + charge électrique, avec des pics pouvant atteindre 3–6 %, typiques des zones chaudes et humides ou des toitures foncées.
- PID (Potential Induced Degradation) : liée à la tension du système et à l’humidité ; elle apparaît plus facilement dans des systèmes 1500 V ou en milieu humide, avec des pertes locales pouvant dépasser 10 %.
Le problème essentiel de la dégradation ne réside pas dans la perte ponctuelle, mais dans l’évolution de la courbe de production à long terme. Les technologies sujettes à une forte dégradation présentent une baisse durable de la production effective entre la 3ᵉ et la 8ᵉ année, affectant les rendements sur l’ensemble du cycle de vie des modules photovoltaïques.
Fissuration du backsheet et infiltration d’humidité
Le backsheet est constamment exposé aux UV, aux cycles thermiques et aux contraintes mécaniques ; avec le vieillissement des matériaux, de microfissures peuvent apparaître. Une fois l’intégrité du backsheet compromise, l’humidité peut pénétrer dans la structure laminée via ces fissures, corroder les rubans et les connexions, et réduire l’efficacité de la barrière d’encapsulation.
Selon les tests de vieillissement en chaleur humide réalisés par DNV et NREL, après infiltration d’humidité, la résistance d’isolement peut chuter du niveau GΩ à quelques centaines de MΩ, ce qui diminue fortement la capacité d’isolation et augmente les risques de défaillances liées à l’humidité, telles que l’aggravation du PID ou des fuites locales.
Ce type de dégradation est souvent difficile à détecter dans les premières phases, mais se manifeste progressivement par une baisse de puissance et l’extension des zones défaillantes. Il est donc essentiel de prêter attention à la qualité du matériau du backsheet lors de la sélection, et de vérifier régulièrement, en phase d’exploitation, la présence éventuelle de microfissures ou de signes d’infiltration.
Une installation non conforme est à l’origine de nombreuses anomalies de performance, notamment des écarts d’inclinaison, des ombrages fixes et une ventilation insuffisante. Chaque type de défaut peut affecter différemment la gestion thermique, la captation lumineuse et la stabilité du chemin de courant des modules photovoltaïques.
- Écarts d’inclinaison et d’orientation
Si l’inclinaison est trop faible ou trop élevée, ou si l’orientation s’écarte de l’axe optimal, l’irradiation annuelle équivalente diminue. En Europe du Sud, un écart de 10° par rapport au Sud peut entraîner une perte annuelle d’environ 2–4 % (données PVGIS). - Ombres provoquant un passage anticipé en mode bypass
Les ombres causées par des cheminées, arbres ou obstacles locaux peuvent faire entrer la chaîne affectée dans une « zone de fonctionnement anormale », déclenchant la conduction des diodes bypass. Selon les essais de Fraunhofer ISE, même 3–5 % d’ombrage peuvent réduire la puissance de la sous-chaîne de 15–25 %, tout en augmentant significativement le risque de hotspot. - Ventilation insuffisante entraînant une élévation de température
Un espace trop réduit entre le module et la toiture limite la dissipation thermique et maintient la température opérationnelle à un niveau anormalement élevé. Les tests réalisés par NREL et Sandia National Laboratories indiquent :
- Pour chaque +1°C, la puissance du module diminue de 0,30–0,45 %
- Avec un espace de ventilation inférieur à 6–8 cm, la température du backsheet peut augmenter de 8–12°C
- Espace de ventilation recommandé : ≥ 10–15 cm
Combinés, ces facteurs réduisent la production quotidienne et creusent l’écart entre la performance prévue et la production réelle. Un réglage adéquat de l’inclinaison, l’absence d’obstacles fixes et une ventilation suffisante sont essentiels pour assurer la stabilité opérationnelle à long terme.
Problèmes liés aux facteurs environnementaux
Les panneaux solaires étant exposés en permanence aux conditions extérieures, ils sont inévitablement affectés par le climat et les variations saisonnières. Si ces facteurs ne sont pas pris en compte lors de la conception, ils peuvent accélérer le vieillissement du système et provoquer des pertes supplémentaires.
- Températures élevées
Les fortes chaleurs augmentent significativement la température de fonctionnement ; en été, le backsheet peut atteindre 60–75°C. Une hausse de 10°C peut entraîner une baisse de puissance de 3–4,5 %. Une exposition prolongée à la chaleur peut également amplifier le phénomène LeTID et accélérer le vieillissement des matériaux d’encapsulation. - Charge de neige et pression du vent
En hiver ou lors d’événements climatiques extrêmes, neige et vent exercent des contraintes mécaniques supplémentaires. Une mauvaise disposition ou une structure sous-dimensionnée peuvent provoquer microfissures, déformations ou même casse du module. La norme IEC 61215 autorise une charge de 2400–5400 Pa, mais une installation incorrecte peut générer des surcharges locales supérieures à ces limites. - Brouillard salin, humidité et UV intenses
Ces conditions accélèrent le vieillissement du backsheet, des soudures et des films d’encapsulation, réduisant la résistance d’isolation. Les études montrent qu’après infiltration d’humidité, la résistance peut chuter des niveaux GΩ à quelques centaines de MΩ, augmentant également le risque de PID.
Les facteurs environnementaux ne peuvent être évités, mais une sélection adéquate du matériel (par ex. modules verre-verre et matériaux à haute résistance climatique) et une conception adaptée aux conditions locales permettent de réduire significativement ces pertes invisibles.
Solutions : choisir des panneaux solaires fiables
Après avoir compris les mécanismes des défaillances courantes des panneaux solaires, l’étape la plus importante consiste à réduire ces risques en sélectionnant une structure de module adaptée, une technologie de cellule appropriée et une conception système cohérente. Les trois dimensions suivantes permettent d’éviter efficacement hotspots, microfissures, dégradation et vieillissement environnemental lors du choix des modules photovoltaïques.
1. Choisir une structure de module fiable
Structure d’encapsulation du module
Le mode d’encapsulation détermine la résistance à l’humidité, la stabilité mécanique et la vitesse de vieillissement. Les modules verre-verre présentent une perméabilité à la vapeur d’eau (WVTR) pouvant atteindre 10⁻⁶ g/m²·day, nettement meilleure que celle des structures avec backsheet, ce qui garantit une meilleure intégrité de l’encapsulation dans les environnements humides, côtiers, pluvieux ou soumis à de fortes variations thermiques jour/nuit.
Les modules verre-backsheet sont plus légers (environ 3–6 kg de moins à puissance équivalente) et conviennent mieux aux toitures résidentielles sensibles à la charge.
Les modules bifaciaux offrent 5–10 % de rendement supplémentaire sur toitures claires ou sols réfléchissants, tout en assurant une meilleure stabilité structurelle et résistance climatique.
Structure technologique des cellules
La conception de découpe des cellules influence directement le cheminement du courant sous ombrage et la variation locale de résistance.
La structure half-cut réduit le courant de moitié et diminue le risque de hotspot. Plus récemment, des conceptions plus avancées comme la technologie 1/3-cut divisent chaque cellule en trois unités plus petites, réduisant davantage le courant et la longueur du chemin interne. Cela limite la hausse de la résistance en série et la température locale, ce qui est particulièrement adapté aux ombrages légers (arbres, rambardes, etc.).
Ces conceptions permettent de maintenir un rendement stable même en présence de microfissures, de températures élevées ou d’ombrages partiels.
Choisir une puissance adaptée à la taille du toit
La puissance et les dimensions du module influencent fortement la disposition, la ventilation et la charge structurelle.
Une bonne correspondance entre taille du module et structure du toit permet d’éviter une densité excessive, un manque de ventilation ou un risque de surcharge, garantissant ainsi un fonctionnement système plus stable.
2. Choisir une technologie de cellule plus stable
Les différentes technologies réagissent différemment à la dégradation, aux hautes températures et aux ombrages. Choisir une technologie adaptée permet de réduire les hotspots, d’atténuer la dégradation à long terme et d’améliorer les performances globales des modules photovoltaïques.
IBC: meilleure tolérance à l’ombrage et excellente performance en faible luminosité
La technologie IBC utilise une conception à contacts arrière, sans grille métallique sur la face avant. Cela réduit les pertes dues à l’ombrage et permet de maintenir une production plus stable en conditions de faible luminosité, d’incidence oblique ou d’ombres partielles.
De plus, l’absence de rubans frontaux limite l’impact des microfissures sur les pertes de puissance.
Les modules IBC s’appuient généralement sur des wafers de qualité supérieure et des structures de passivation avancées, offrant une dégradation LID / LeTID plus faible et une meilleure stabilité sur le long terme. Ils conviennent particulièrement aux toitures résidentielles ou tertiaires situées dans des environnements climatiques variables ou exigeant une grande fiabilité.
: rendement plus élevé et dégradation plus faible, le choix dominant du marché
La technologie TOPCon ajoute une couche d’oxyde tunnel et une couche de polysilicium dopé à la structure PERC traditionnelle, ce qui réduit la recombinaison des porteurs, abaisse la dégradation initiale LID et améliore le rendement du module.
Elle offre également une performance stable en environnements chauds et humides, ce qui en fait l’une des technologies les plus largement utilisées aujourd’hui.
Grâce à un taux de bifacialité généralement plus élevé, TOPCon peut générer davantage d’énergie sur des toitures claires ou des surfaces à forte réflectivité.
Soutenue par une production industrielle mature, la technologie TOPCon montre de bons résultats dans les tests de fiabilité (humidité-chaleur, humidité-gel), assurant un bon équilibre entre coût et performance pour les installations résidentielles, commerciales et industrielles.
HJT: coefficient de température très faible et excellente performance en faible luminosité
La technologie HJT superpose des couches de silicium cristallin et de silicium amorphe, offrant une passivation d’interface particulièrement efficace. Son coefficient de température est généralement inférieur à celui des technologies classiques (≈ –0,243 %/°C), ce qui limite les pertes de puissance dans les environnements à forte température — toiture sombre, été chaud, régions méridionales.
Concernant la dégradation, les modules HJT ne présentent aucune LID, un risque LeTID très faible, et bénéficient d’une excellente résistance au PID grâce à la stabilité de leur structure d’interface. Ils sont donc bien adaptés aux environnements humides, aux zones côtières, aux toitures métalliques et aux régions du sud de l’Europe soumises à de fortes amplitudes thermiques.
La structure hétérojonction et les couches minces des cellules HJT les rendent également moins sensibles aux contraintes mécaniques, réduisant le risque de microfissures lors du transport et de l’installation, et améliorant la fiabilité globale du système.
3. Prêter attention aux facteurs liés à l’installation et à la fiabilité à long terme
Une fois la structure et la technologie choisies, la qualité de l’installation et les conditions de fonctionnement déterminent également si les composants peuvent maintenir des performances stables sur le long terme. De nombreux problèmes — dégradation, fuites de courant ou hotspots — ne proviennent pas directement du module lui-même, mais d’un mauvais angle, d’ombrages fixes ou d’une ventilation insuffisante.
Une inclinaison correcte, une disposition cohérente, un espace de ventilation suffisant à l’arrière du module et l’absence d’obstacles fixes sont essentiels pour garantir un fonctionnement dans une plage de température sûre.
Pendant l’exploitation, il est également nécessaire de vérifier régulièrement les zones critiques telles que la boîte de jonction, les joints d’étanchéité et les fixations, afin d’éviter les pertes invisibles causées par le desserrage, les infiltrations d’eau ou la corrosion. Pour les environnements soumis à une forte charge de vent ou de neige, à l’humidité ou au brouillard salin, il est recommandé de choisir des systèmes de montage de grade supérieur afin d’améliorer la fiabilité.
Au-delà du contrôle des risques au niveau du système, les certifications et garanties des modules sont tout aussi importantes. Seuls les modules ayant passé les tests des normes IEC 61215 et IEC 61730, et disposant d’un classement incendie approprié (par exemple Class A), peuvent garantir une stabilité durable en termes de charge mécanique, de sécurité électrique et d’intégration bâtiment.
Les fabricants fiables offrent généralement une garantie produit d’au moins 12 ans ainsi qu’une garantie de puissance linéaire de 25 ans, assurant la continuité de performance des modules photovoltaïques.
Conclusion
Les hotspots, microfissures, PID et phénomènes de vieillissement environnemental des panneaux solaires résultent essentiellement d’une combinaison de facteurs matériels, technologiques et opérationnels. En choisissant une structure de module plus fiable (comme verre-verre ou 1/3-cut), une technologie cellulaire adaptée aux conditions climatiques et au scénario d’utilisation (IBC, TOPCon ou HJT), et en assurant une installation et une maintenance de qualité, la majorité des défaillances peuvent être efficacement évitées.
Qu’il s’agisse d’installations résidentielles ou commerciales, seules une sélection correcte, une conception rigoureuse et une exécution conforme permettent au système photovoltaïque de maintenir des performances stables, efficaces et prévisibles tout au long de son cycle de vie.
Maysun Solar est un fournisseur de modules photovoltaïques spécialisé sur le marché européen. Il propose des modules haute efficacité basés sur plusieurs technologies — IBC, HJT, TOPCon — et assure un support stable grâce à des capacités locales de stockage et de livraison. En fonction des différents types de toitures et scénarios d’application, Maysun Solar fournit des conseils fiables pour le choix des modules, afin d’assurer une meilleure stabilité et un rendement énergétique élevé sur le long terme.
Reference
NREL. PV Module Reliability and Degradation Research. https://www.nrel.gov/pv
Fraunhofer ISE (2024). Photovoltaics Report – Key Figures and Performance Trends.
https://www.ise.fraunhofer.de/en.html
Sandia National Laboratories. PV Performance Modeling Collaborative (PVPMC).
https://pvpmc.sandia.gov
IEA PVPS (2023). Task 13 – Performance and Reliability of Photovoltaic Systems.
https://iea-pvps.org/research-tasks/task-13/
DNV (2021). Solar Module Reliability Scorecard – PVEL Annual Results. https://www.dnv.com/services
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