Inspection des centrales photovoltaïques : trouver le module chaud parmi des dizaines de milliers

Les défauts d’une centrale solaire se répartissent en trois familles : dégradation des modules (fissures de cellules, points chauds, diodes de dérivation défaillantes, dégradation induite par le potentiel (PID), encapsulant décoloré ou délaminé, verre brisé), défauts électriques (chaînes ouvertes, connecteurs et boîtes de jonction en surchauffe, onduleurs déclenchés) et structure, sol et abords (corrosion, boulons desserrés, végétation, érosion).

Au Japon, la révision de 2017 du dispositif de tarif de rachat garanti (FIT) a imposé aux producteurs de réaliser la maintenance et l’inspection conformément à leur plan d’activité approuvé. Négliger la maintenance peut remettre l’approbation en cause. Les associations professionnelles publient des listes de contrôle et des guides, et l’inspection combine généralement contrôles visuels, mesures électriques et imagerie infrarouge.

Le problème, c’est la surface. Les centrales de grande taille couvrent de plusieurs à plusieurs dizaines d’hectares, souvent à flanc de colline. Parcourir les rangées en plein été avec une caméra thermique portative, module par module, est lent et expose à un réel risque de coup de chaleur.

L’autre difficulté tient à qui fait le travail, et à quelle échelle. Les grandes centrales ont des prestataires d’exploitation-maintenance (O&M) dédiés, mais les petites centrales sont bien plus nombreuses et reçoivent souvent peu d’attention. Le Japon étend progressivement les obligations de déclaration et de contrôle de sécurité aux petites installations photovoltaïques commerciales.

Le solaire est l’un des premiers domaines où l’inspection par drone est devenue courante. Le ciel est dégagé, le GNSS est fiable et les cibles sont à plat, en rangées régulières. Un drone portant une caméra thermique et une caméra visible à la fois suit une trajectoire automatique et couvre la centrale en une seule fois.

Le schéma de base est une trajectoire automatique en allers-retours le long des rangées. La prise de vue thermique exige un fort éclairement dans le plan des modules : une revue de l’IEA PVPS recommande de travailler à plus de 600 W/m² ; en deçà, les cellules défectueuses et saines ne se distinguent pas en température. L’altitude se déduit de la résolution nécessaire pour distinguer une seule cellule défectueuse dans l’image thermique.

La façon de planifier une prise de vue en fonction du soleil, des reflets et des conditions infrarouges est décrite dans planifier une prise de vue thermique et visible en fonction du soleil et des reflets (Airffic Flight Institute). Le même raisonnement s’applique aux champs solaires.

Les sites solaires sont dégagés et faciles à survoler. Mais le meilleur moment pour inspecter est la mi-journée en plein soleil, le moment le plus chaud de la journée. Aéronefs, batteries et personnes chauffent tous. Et le verre des modules est aussi un miroir pour le ciel et le soleil, ce qui peut tromper les images thermiques.

• Chaleur : à midi en plein été, la température des batteries monte et le temps de vol peut se réduire. Stockez les batteries à l'ombre, laissez-les refroidir après la charge et faites tourner les batteries de rechange. Prévoyez aussi la prévention des coups de chaleur pour l'équipe. Chaleur
• Reflets : le soleil ou le drone lui-même réfléchi dans le verre peut ressembler à un point chaud. Capturez au plus près de la perpendiculaire au plan du module et planifiez des trajectoires qui évitent les reflets solaires.
• Nuages et vent : les nuages de passage modifient l'irradiance et brouillent les écarts de température ; un vent fort refroidit la surface et masque le contraste. Consignez les conditions avec un mesureur d'irradiance.
• Photovoltaïque flottant et en toiture : les centrales flottantes présentent un risque d'amerrissage de l'aéronef ; les toitures ont souvent des personnes en dessous. Voir eau, embruns et humidité et zones urbaines et personnes en dessous.

Un seul vol produit des milliers d’images thermiques. À partir d’elles, vous repérez les anomalies thermiques, les classez, identifiez le module exact et décidez de la priorité de réparation. Les motifs thermiques ont des formes reconnaissables : une cellule chaude, une bande chaude (diode de dérivation suspecte), un module entièrement chaud, une chaîne entièrement chaude. Le motif oriente vers la cause probable.

Au Japon, les centrales photovoltaïques relèvent à la fois de la loi sur les activités électriques (Electricity Business Act) (conformité aux normes techniques et organisation de la sécurité proportionnée à la taille de la centrale) et de la loi sur les énergies renouvelables (Renewable Energy Act) (maintenance conforme au plan d’activité). Le recours aux drones est au choix de l’exploitant, mais consigner les résultats et corriger les défauts relève de sa responsabilité.

Au niveau international, l’IEC TS 62446-3 définit la manière de réaliser l’inspection infrarouge des centrales photovoltaïques et est devenue le langage commun pour les conditions de prise de vue et les catégories de défauts. Les demandes de garantie exigent parfois des rapports dans ce format.

Les règles de vol sont un sujet distinct. La plupart des centrales sont situées hors des zones densément peuplées, mais la distance aux routes et aux maisons au-delà de la clôture, et le fait de voler hors vue (BVLOS) de manière automatique, modifient les autorisations nécessaires, a fortiori pour des patrouilles sans personnel depuis une station d’accueil de drone. Comparez les pays dans réglementations mondiales.

• Confirmer la cause : vous pouvez voir qu'un module est chaud, mais souvent pas pourquoi. Appuyez-vous sur un tracé I-V ou un contrôle en gros plan.
• Sécurité électrique : les essais de résistance d'isolement et le travail dans les boîtes de jonction sont réservés aux électriciens qualifiés.
• Fissures fines des cellules : certaines fissures n'apparaissent jamais sur les images thermiques de jour. Elles exigent l'imagerie EL ou une autre méthode.
• Sous les modules : les structures et les boulons sous les panneaux sont invisibles depuis le dessus ; vérifiez-les depuis le sol.
• Jours de faible ensoleillement : sous les nuages ou par faible soleil d'hiver, le contraste thermique n'apparaît tout simplement pas. Les créneaux d'inspection sont limités.

Dans un coin d’une centrale à flanc de colline se trouve une station de drone. Lorsque le capteur d’éclairement indique un soleil suffisamment fort, le drone décolle seul, cartographie les rangées en thermique et revient. Le soir, une liste des modules à réparer, établie en croisant les images thermiques avec les relevés de production, parvient au prestataire O&M. Après de fortes pluies, il vérifie aussi les talus pour détecter les ravinements. C’est le tableau qu’anticipe notre rédaction.

Personne ne parcourt les rangées sous un soleil brûlant. À la place, on corrige les défauts par ordre d’énergie perdue, on traite les demandes de garantie et on prépare le recyclage des modules en fin de vie. L’inspection passe de la recherche module par module au suivi de toute la vie de la centrale.