Investigation of PV soiling and condensation in desert environments via outdoor microscopy

par Benjamin Figgis

Thèse de doctorat en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Yves Rémond et de Saïd Ahzi.

Le président du jury était Abdallah Ougazzaden.

Le jury était composé de Ahmed Ennaoui.

Les rapporteurs étaient Jörg Bagdahn, Alain Dollet.

  • Titre traduit

    Etude des salissures et de la condensation PV dans des environnements désertiques par microscopie extérieure


  • Résumé

    La salissure des modules photovoltaïques (PV) dégrade grandement leurs performances dans les environnements désertiques. Les études précédentes en extérieur ont tendance à trouver de faibles corrélations entre les taux de salissure et les paramètres météorologiques. On pensait que l'une des raisons était le long intervalle de mesure - jours ou semaines - des techniques traditionnelles de mesure des salissures sur le terrain. Dans la présente étude, un «microscope de souillure extérieur» (OSM) a été développé pour mesurer le dépôt et le détachement de particules de poussière individuelles, toutes les 10 minutes, dans des conditions extérieures, de jour comme de nuit. En utilisant une paire d'OSM graissés et non graissés, il était en outre possible de séparer les salissures en trois vitesses de flux de poussière de composants - dépôt, rebondissement immédiat et remise en suspension retardée. Les OSM ont été utilisés pour mesurer les taux de flux dans des expériences sur le terrain à Doha, au Qatar. La nouvelle méthode a révélé des effets explicatifs de paramètres environnementaux qui avaient auparavant été obscurcis par de longs intervalles de mesure des salissures et des taux de flux de poussière confondus. L'OSM pouvait également mesurer l'apparition et la croissance de gouttelettes de condensation microscopiques dans des conditions de terrain et de laboratoire. De telles expériences, ainsi que des mesures isothermes et des analyses de composition, ont démontré que la condensation sur les surfaces sales au terrain d’études était fortement influencée par la présence de matière hygroscopique dans la poussière autre que NaCl. En raison de cette matière, la condensation microscopique peut persister à la surface même si elle est bien supérieure à la température du point de rosée. Les résultats de l'étude suggèrent que la souillure des modules photovoltaïques pourrait être atténuée en tirant parti des variations naturelles des conditions météorologiques au cours de la journée.


  • Résumé

    Soiling of photovoltaic (PV) modules greatly degrades their performance in desert environments. Previous field studies have tended to find weak correlations between the soiling rate and weather parameters. It was thought that one reason was the long measurement interval — days or weeks — of conventional field soiling measurement techniques. In the present study, an “outdoor soiling microscope” (OSM) was developed able to measure deposition and detachment of individual dust particles, every 10 minutes, in outdoor conditions, day and night. By using a greased and ungreased pair of OSMs, it was further possible to separate soiling into three component dust flux rates — deposition, immediate rebound, and delayed resuspension. OSMs were used to measure flux rates in field experiments in Doha, Qatar. The novel method revealed explanatory effects of environmental parameters that had previously been obscured by limits of conventional long soiling measurement intervals and confounded dust flux rates. The OSM could also measure the onset and growth of microscopic condensation droplets in field and laboratory settings. Such experiments, along with isotherm measurements and composition analysis, demonstrated that condensation on soiled surfaces at the test site was strongly influenced by the presence of hygroscopic matter in the dust other than NaCl. Because of such matter, microscopic condensation could persist on both hydrophilic and hydrophobic surfaces well above the dew-point temperature. Results of the study suggest that soiling of PV modules might be mitigated by taking advantage of natural time-of-day variations in weather conditions.


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