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Essai sur cellules photovoltaĂŻques

En trÚs grand nombre, dotés d'une longue durée de vie et une réglementation des essais rare ou inexistante - Telle est la situation de l'industrie photovoltaïque. Les essais sont essentiels pour les constructeurs souhaitant jouer un rÎle dans ce marché: garantir les performances et la durée de vie en restant compétitif est un enjeu majeur. Seule, une meilleure qualité, une production rentabilisée et une sécurité accrue permettront de surmonter la baisse des prix enregistrée ces derniÚres années.

Enjeux

Une cellule photovoltaĂŻque est exposĂ©e quotidiennement Ă  des conditions environnementales extrĂȘmes. Ni les Ă©pisodes de pluie, grĂȘle, tempĂȘte ou variations importantes de tempĂ©rature ne doivent affecter le fonctionnement des cellules photovoltaĂŻques. Les cellules photovoltaĂŻques doivent rĂ©sister sans dommage Ă  une charge de neige, la glace et mĂȘme aux travaux de montage pendant une durĂ©e de vie qui peut atteindre jusqu'Ă  40 ans. Les cellules photovoltaĂŻques devront donc remplir des exigences Ă©levĂ©es en matiĂšre de propriĂ©tĂ©s Ă©lectriques et mĂ©caniques. Aucune norme d'essai n’est cependant disponible en matiĂšre d’exigences mĂ©caniques des composants. En dehors des directives contractuelles individuelles internes passĂ©es entre fournisseurs et fabricants, aucune dĂ©finition normalisĂ©e de la qualitĂ© n’est disponible pour les panneaux solaires. Cette absence de norme associĂ©e aux exigences des clients requiert des Ă©quipements et demandes d’essais sur mesure. C’est lĂ  qu’interviennent nos experts de l’essai de matĂ©riau.

MĂ©thodes d’essais / normes gĂ©nĂ©rales

MĂ©thodes d’essais / normes gĂ©nĂ©rales

DIN ISO 614
DIN EN 1288-5
DIN EN 1465
DIN EN 1464
DIN EN 1288-3
CEI 61215 et/ou EN 61215
CEI/EN 61215 et CEI/EN 61646
DIN EN 1288-2, octobre 2007
CEI 61646 et/ou EN 61646

DIN ISO 614

Navires et technologie; Verres de sĂ©curitĂ© trempĂ©s pour hublots et fenĂȘtre rectangulaires de navires; MĂ©thode du poinçon pour les essais non-destructifs de rĂ©sistance (ISO 614:1989-09)

DIN EN 1288-5

Verre dans l’industrie des matĂ©riaux de construction - DĂ©termination de la rĂ©sistance Ă  la flexion sur verre - Partie 5: Doubles anneaux - Essai de flexion sur Ă©prouvettes planes avec de petites surfaces de sollicitation (ISO/DIS 1288-5:2007); Version allemande prEN ISO 1288-5

DIN EN 1465

Adhésifs - Détermination de la résistance au cisaillement d'assemblages collés rigide sur rigide à recouvrement simple (ISO 4587:1979, modifiée); Version allemande prEN 1465:2008

DIN EN 1464

Adhésifs - Détermination de la résistance au pelage des assemblages à forte cohésion - Méthode des galets mobiles (ISO 4578:1990, modifiée); Version allemande EN 1464:1994 (DIN EN 1464:1995-01) Remplacement de: DIN 53289:1979-09

DIN EN 1288-3

Verre dans l’industrie des matĂ©riaux de construction - DĂ©termination de la rĂ©sistance Ă  la flexion sur verre - Partie 3: Essai avec Ă©prouvettes supportĂ©es en deux points (flexion 4 points), (ISO/DIS 1288-3:2007); Version allemande prEN ISO 1288-3:2007

zwickiLine avec dispositif de flexion pour essai sur tranche

CEI 61215 et/ou EN 61215

Les normes CEI 61215 et EN 61215 décrivent une grande variété de tests de qualification, permettant de solliciter artificiellement les matériaux constitutifs des panneaux PV. Les groupes de sollicitation suivants sont différenciés:

LumiĂšre du soleil incl. les UV
Climat (froid, chaleur, humidité, changement climatique)
Contraintes mĂ©caniques (grĂȘle, succion du vent, pression du vent, neige)

Les tests sont considĂ©rĂ©s comme rĂ©ussis, lorsqu’aucun dommage visuel significatif n’est perceptible aprĂšs rĂ©alisation des tests de qualification et que les propriĂ©tĂ©s d'isolation n'ont pas Ă©tĂ© modifiĂ©es ou modifiĂ©es de maniĂšre insignifiante par rapport Ă  l'Ă©tat initial. Tandis que le certificat d'essai CEI 61215 s’imposait ces derniĂšres annĂ©es comme label de qualitĂ© pour les modules PV cristallins, la plupart des organismes d’accrĂ©ditation nationaux et internationaux exigeaient, dans l'intervalle, un certificat similaire pour accorder les financement demandĂ©es.

CEI/EN 61215 et CEI/EN 61646

CEI et/ou EN 61215 pour panneaux Ă  couche Ă©paisse CEI et/ou EN 61646 pour panneaux Ă  couches minces (modules photovoltaĂŻques au silicium cristallin pour applications terrestres - Qualification de la conception et homologation)

Les diffĂ©rents tests de qualification nĂ©cessaires Ă  la certification CEI 61215 pour modules solaires sont trĂšs stricts, car les panneaux testĂ©s doivent rĂ©sister jusqu'Ă  25 ans Ă  l'extĂ©rieur sous presque toutes les latitudes gĂ©ographiques et dans la plupart des conditions environnementales partout dans le monde. Sauf erreur en cours du processus, les tests CEI durent plus de 5 mois au total. Pour remplir les aspects les plus stricts de la norme, un lot de panneaux devra ainsi satisfaire Ă  un protocole d'essai environnemental utilisant le rayonnement UV, les tempĂ©ratures extrĂȘmes, y compris l'exposition prolongĂ©e Ă  des tempĂ©ratures Ă©levĂ©es et Ă  l'humiditĂ©, les contraintes mĂ©caniques et la torsion, de mĂȘme que la rĂ©sistance Ă  la grĂȘle et aux impacts de pierres. ParallĂšlement aux tests environnementaux, les modules sont examinĂ©s dans leur ensemble pour leurs performances Ă©lectriques, leur isolation et points "critiques" Ă©ventuels.

DIN EN 1288-2, octobre 2007

Verre dans l’industrie des matĂ©riaux de construction - DĂ©termination de la rĂ©sistance Ă  la flexion sur verre - Partie 2: Doubles anneaux - Essai de flexion sur Ă©prouvettes planes avec de grandes surfaces de sollicitation (ISO/DIS 1288-2:2007); Version allemande prEN ISO 1288-2:2007

Méthode du poinçon pour les verres de sécurité selon DIN ISO 614 forme A et B

CEI 61646 et/ou EN 61646

Les normes CEI 61646 et EN 61646 décrivent une grande variété de tests de qualification, permettant de solliciter artificiellement les matériaux constitutifs des panneaux à couches minces. Les groupes de sollicitation suivants sont différenciés:

  • LumiĂšre du soleil incluant les UV
  • Climat (froid, chaleur, humiditĂ©, changement climatique)
  • Contraintes mĂ©caniques (grĂȘle, succion du vent, pression du vent, neige)

Les tests sont considĂ©rĂ©s comme rĂ©ussis, lorsqu’aucun dommage visuel significatif n’est perceptible aprĂšs rĂ©alisation des tests de qualification et que les propriĂ©tĂ©s d'isolation n'ont pas Ă©tĂ© modifiĂ©es ou modifiĂ©es de maniĂšre insignifiante par rapport Ă  l'Ă©tat initial. Tandis que le certificat d'essai CEI 61646 s’imposait ces derniĂšres annĂ©es comme label de qualitĂ© pour les modules PV cristallins, la plupart des organismes d’accrĂ©ditation nationaux et internationaux exigeaient, dans l'intervalle, un certificat similaire pour accorder les financement demandĂ©es.

Exemples de solutions d’essais

Afin de vous faire une idĂ©e des essais destructifs dans le domaine de la fabrication des modules solaires, nous prĂ©sentons ici plusieurs applications d’essais associĂ©es aux diffĂ©rentes Ă©tapes de fabrication des cellules Ă  couche Ă©paisse.

Les modules solaires ou photovoltaĂŻques sont des composants Ă©lectriques qui convertissent l'Ă©nergie de rayonnement contenue dans la lumiĂšre en Ă©nergie Ă©lectrique.
Les principaux modĂšles:

  • Les modules solaires Ă  couche Ă©paisse sont constituĂ©s de silicium monocristallin ou polycristallin. ParticuliĂšrement rĂ©pandus en Europe centrale, ces modules offrent une haute efficacitĂ© (plus de 20%). Ils se caractĂ©risent, de plus, par un bon rendement au mĂštre carrĂ©. Pour une production de 1 Kwp, une surface de toit d'env. 8 mÂČ sera par exemple requise. Mais, une Assurance QualitĂ© cohĂ©rente demeure toutefois indispensable, car la fabrication des panneaux photovoltaĂŻques nĂ©cessite de l'Ă©nergie dont l'origine est actuellement essentiellement non renouvelable.
  • Les panneaux photovoltaĂŻques Ă  couche mince sont disponibles en diffĂ©rentes variantes, selon le substrat et les matĂ©riaux dĂ©posĂ©s en couches : silicium amorphe ou microcristallin (a-Si, ÎŒ-Si), arsĂ©niure de gallium (GaAs), tellurure de cadmium (CdTe) ou composĂ©s cuivre indium (gallium) sĂ©lĂ©nium soufre (CIGS). Les cellules Ă  couche mince se distinguent principalement des cellules solaires basĂ©es sur des plaquettes de silicium cristallin par leurs procĂ©dĂ©s de fabrication et Ă©paisseurs de couches des matĂ©riaux utilisĂ©s.
  • Modules solaires organiques (en plastique avec propriĂ©tĂ©s semi-conductrices)

En raison des diffĂ©rentes technologies et donc de la structure en partie diffĂ©rente des types de modules solaires, les demandes d’essais varient avec la technologie des modules solaires.

Essai de pelage sur couche de Teldar

Des couches de plastique en EVA (Ă©thylĂšne-acĂ©tate de vinyle) ou en rĂ©sine coulĂ©e sont stratifiĂ©es sur les deux faces et forment une protection, anti-corrosion, impermĂ©able. Un film TedlarÂź ou une plaque de verre sur la face arriĂšre assure une protection supplĂ©mentaire du module. L’essai de pelage Ă  90° est utilisĂ© pour vĂ©rifier la rĂ©sistance de ces connexions. Le film TedlarÂź est contraint pour ce faire dans une mĂąchoires Ă  vis, puis serrĂ© par la plaque de verre. Une machine d’essais mono-colonne, permettant de rĂ©aliser des essais sur diffĂ©rentes tailles, convient idĂ©alement Ă  cet essai. Cet essai, effectuĂ© d’une part pour vĂ©rifier le rĂ©glage des paramĂštres machine, est Ă©galement utilisĂ© lors du contrĂŽle de rĂ©ception ainsi que dans le cadre d'un test de re-qualification aprĂšs expiration de la durĂ©e de conservation minimale. Pour remplir les exigences de la norme, la couche de TedlarÂź doit rĂ©sister Ă  des forces de retrait allant jusqu’à 250 N.

Essais d’arrachement entre cellule de raccordement et cñble de raccordement

Divers tests de sĂ©curitĂ©, tels que les essais de rĂ©sistance de la structure du chĂąssis, la dĂ©termination des forces d’insertion et de retrait des connecteurs d’angle, des essais de retrait des connexions Ă©lectriques, de mĂȘme que des essais de traction, compression et flexion sur systĂšmes de montage pour la fixation du module sont recommandĂ©s pour le module fini. Les essais d’arrachement des cĂąbles sur boĂźtier de connexion peuvent ĂȘtre rĂ©alisĂ©s Ă  l’aide d’une machine d’essais de la gamme AllroundLine. Le boĂźtier de connexion est maintenu par une mĂąchoire spĂ©ciale. Le cĂąble de connexion est maintenu par une mĂąchoires Ă  vis et utilisĂ© avec des forces en sortie de boĂźte allant jusqu’à 5 kN.

Méthode du poinçon pour les verres de sécurité selon DIN ISO 614 forme A et B

Lors de l'essai de poinçonnement, une plaque de verre de 25 x 25 mm est placĂ©e sur un dispositif de flexion-double anneau (composĂ© d'une bague d'appui et d'une bague de charge ainsi que d'axes de butĂ©e servant Ă  fixer l’éprouvette). Pour terminer, un poinçon d’essai charge l’éprouvette jusqu’à la rupture. Le conteneur mĂ©tallique empĂȘche la pĂ©nĂ©tration de Ă©clats de verre dans l'entraĂźnement de la machine. Cet essai est en principe rĂ©alisĂ© sur une machine d’essais bi-colonne avec Fmax 50 kN.

ProLine avec essai de flexion 4 points sur verre de construction selon EN 1288-3

  • Pour le test de sĂ©curitĂ© sur la plaque de verre utilisĂ©e, un Essai de poinçonnement statique selon EN 1288-5 et un Essai de flexion 4 points selon EN 1288-3 peuvent ĂȘtre effectuĂ©s.
  • Une machine d’essai AllroundLine de ZwickRoell est utilisĂ©e pour les deux essais. Dans les deux essais, des dispositifs de sĂ©curitĂ© doivent ĂȘtre intĂ©grĂ©s pour Ă©viter les dommages causĂ©s par des Ă©clats de verre non-contrĂŽlĂ©s.
  • Ce systĂšme d'essais a Ă©tĂ© spĂ©cialement conçu pour dĂ©terminer la rĂ©sistance Ă  la flexion du verre plat dans l'industrie du bĂątiment conformĂ©ment Ă  la norme EN 1288-3 et rĂ©pond Ă  toutes les exigences de la norme. Tous les rouleaux d’appui et de flexion peuvent tourner librement et ont les dimensions et Ă©cartements requis.

Dispositif de flexion 4 points pour l'essai sur tranche

  • Dispositif de flexion 4 points pour l'essai sur tranche pour l’essai sur tranches / puces ou composants similaires entrant dans la fabrication du Wafer.
  • Elle comporte 2 barreaux de flexion avec 2 poinçons de compression ajustables chacun, et est utilisable avec un capteur de force Fmax 10 N.

Essai de flexion 4 points

Essai de flexion 4 points sur modules solaires, industrie solaire, zwickiLine

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