Étude de l’évolution de performance d’installations photovoltaïques dans différents environnements par modélisation et analyse expérimentale

Study of the performance evolution of photovoltaic installations in different environments by modeling and experimental analysis

• Auteur / Autrice : Mohamed El Hacen Jed
• Direction : Pierre Olivier Logerais, Menny El Bah
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 22/10/2022
• Etablissement(s) : Paris 12 en cotutelle avec Université de Nouakchott
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CERTES - Centre d'Etude et de Recherche en Thermique, Environnement et Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Mahmoud Ahmedou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Migan-dubois, Djamila Rekioua, Abdérafi Charki, Menny El bah, Pierre-Olivier Logerais, Dah Memoune
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Migan-dubois, Djamila Rekioua

Mots clés

Mots clés libres

Performance

Photovoltaïque

Iec 61724

Dégradation

Vieillissement

Modélisation

Performance

Photovoltaic

Iec 61724

Degradation

Aging

Modeling

Résumé

L'objectif de cette thèse a été d’étudier l’évolution de performance d’installations photovoltaïques (PV) dans différentes zones climatiques en France selon une approche multi-échelles (panneau, modules, centrale), afin de déterminer les taux de dégradation au fil du temps et d’établir un lien entre eux. Dans un premier temps, une étude paramétrique a montré la sensibilité des paramètres de sortie suivant le degré de la dégradation électrique d’un module PV en silicium monocristallin de puissance crête 244 W. Les simulations soulignent qu’une augmentation de 100% de la résistance série provoque une diminution d’environ 5% de la puissance globale de sortie du module et qu’une dégradation de 50% de la résistance parallèle engendre une dégradation inférieure à 0,5% de la puissance globale du module. Ensuite, une étude de performance de ce même module PV s’appuyant sur les données expérimentales enregistrées de la production en conditions extérieures en Île-de-France a montré que le rapport de performance moyen de juin à septembre 2018 était de 87,53% et que la performance du module se réduisait de 0,20%/an. Puis, une étude sur un échantillon de 2613 installations domestiques a permis d’estimer le taux de la dégradation annuel selon les environnements climatiques de la France en se basant sur la méthode P2P comme modèle d’analyse de performance appliqué aux données du site BDPV. La majorité des installations, 85,47% d’entre elles, ont un taux de dégradation global inférieur à 1,5%/an, avec une moyenne de 1,03%/an. Enfin, une analyse de performance réelle de la centrale de Sourdun (Île-de-France) selon la norme IEC 61724 et l’évaluation de la dégradation de la performance de la centrale ont été réalisées. Le rendement de référence et le rendement du système ont une moyenne annuelle de 3,92 h et 3,33 h respectivement. La moyenne annuelle du ratio de performance variant de 84,12% et 90,54% avec une moyenne de 87,18% pour la période d'étude est généralement faible en été et élevée en hiver en fonction de la température ambiante. Le taux de dégradation annuel moyen entre 2013 et 2018 s’avère être de 0,209%. La cohérence entre les taux de dégradation aux trois échelles démontre que les comportements de performance simulés et en conditions extérieures d’un module PV sont transposables à des installations de plus grande taille.

The purpose of this thesis was to study the performance evolution of photovoltaic (PV) installations in various climatic zones in France according to a multi-scale approach (panel, modules, power plant), in order to determine the degradation rates over time and to establish a link between them. First, a parametric study showed the sensitivity of the output parameters according to the degree of electrical degradation for a 244 W peak power monocrystalline silicon PV module. Simulations revealed that a 100% increase in the series resistance causes a decrease of about 5% of the overall output power of the module and that a 50% degradation of the parallel resistance results in a degradation of less than 0.5% of the overall power of the module. Secondly, a performance study of the same PV module based on recorded experimental data of the production under outdoor conditions in Ile-de-France indicated that the average performance ratio from June to September 2018 was 87.53% and that the performance of the module was reduced by 0.20%/year. Then, a study on a sample of 2613 domestic installations allowed to estimate the annual degradation rate according to the climatic environments of France, using the P2P method as a performance analysis indicator applied to the BDPV data. The majority of the installations, 85.47% of them, have an overall degradation rate lower than 1.5%/year, with an average of 1.03%/year. Finally, an analysis of the real performance of the PV plant of Sourdun as defined by the IEC 61724 standards, and the degradation performance evaluation of the PV plant were performed. The reference and the system performances had an annual average of 3.92 h and 3.33 h respectively. The annual average performance ratio ranging from 84.12% and 90.54% with an average of 87.18% for the study period was generally low in the summer and high in the winter depending on the ambient temperature. The average annual degradation rate was found to be 0.209% between 2013 and 2018. The consistency between the degradation rates at the three scales demonstrated that the simulated and the outdoor performance behavior of a PV module is transposable to large-scale PV installations.