Pourquoi vos panneaux solaires détestent le savon à vaisselle : une plongée technique approfondie dans la chimie du nettoyage

Le nettoyage des panneaux solaires du système photovoltaïque semble généralement très simple pour de nombreux propriétaires de panneaux solaires en raison du raisonnement apparent qui le sous-tend. Les panneaux sales produisent généralement plus d'énergie que les panneaux propres simplement parce qu'ils ont moins de saleté et produisent donc moins d'énergie que leur état d'origine avant d'être sales, et donc les nettoyer à l'aide d'un détergent ménager courant tel que du savon à vaisselle devrait ramener les panneaux à leurs niveaux de performance d'origine. Cependant, des recherches menées à l'Université de Turku, en Finlande, sont arrivées à une conclusion inattendue concernant le produit vers lequel la plupart des gens se tournent instinctivement après avoir nettoyé leurs panneaux solaires : le savon à vaisselle peut en fait faire exactement le contraire de ce que vous souhaitez accomplir et, ce faisant, peut dégrader davantage le résultat.

Cette constatation est importante au-delà d’une simple note de bas de page ; cela constituera une leçon importante pour ceux qui entretiendront leurs systèmes photovoltaïques à l’avenir. Plus précisément, cette découverte illustre comment l’interaction entre la physique de la lumière et la chimie des surfaces doit être comprise afin de maintenir correctement tout matériau d’un système photovoltaïque.

Le revêtement des panneaux solaires joue un rôle très important car il empêche la lumière du soleil de se refléter sur les surfaces des panneaux ; sans le revêtement, environ quatre pour cent de la lumière incidente serait réfléchie sur la surface du panneau ; par conséquent, sans le revêtement, il y aurait une perte substantielle de photons pouvant être convertis en courant électrique par les cellules solaires. Le revêtement est très fin (souvent mesuré en nanomètres) et ses prouesses optiques ne resteront intactes que si les surfaces du panneau sont maintenues à un niveau très précis.

Lorsque vous ajoutez du savon à cette équation, vous n’ajoutez pas simplement du savon à l’eau et au savon. Vous créez une solution complexe de tensioactifs, de dégraissants, de parfums, de conservateurs et souvent de chlorure de sodium (sel) comme épaississant. Bien que ces matériaux fonctionnent bien pour dissoudre les graisses sur les assiettes, lorsqu'ils sont utilisés sur une surface antireflet -artificielle-, une interaction beaucoup plus complexe peut se produire.

Les chercheuses Julianna Varjopuro et Kati Miettunen de l'Université de Turku ont mené une série de tests sur des échantillons de verre photovoltaïque dans le cadre d'une étude finlandaise. Les chercheurs ont comparé le savon à vaisselle à une variété d'autres produits de nettoyage, notamment l'éthanol, l'acétone, l'isopropanol, un détergent spécial spécialement conçu pour le nettoyage des panneaux solaires et un nettoyant pour vitres courant. Deux méthodes de test différentes ont été utilisées ; la première impliquait le nettoyage des échantillons en les trempant dans les différents agents de nettoyage pendant une période prolongée ; la seconde impliquait la croissance d’algues sur la surface du verre pour reproduire les conditions de nettoyage réelles. La lumière provenant d'un grand nombre de plages de longueurs d'onde a été mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre pour voir la quantité de lumière transmise après chaque méthode de nettoyage. Les résultats étaient clairs-.

Sur du verre propre, la plupart des produits maintiennent ou améliorent légèrement la transmission de la lumière. Le savon à vaisselle a toutefois réduit la transmission d’environ 1 %. Sur les verres souillés par des algues puis nettoyés, l'écart s'est creusé : le savon à vaisselle laisse une perte de transmission persistante de près de 4 % par rapport aux surfaces correctement nettoyées. Cela se traduit directement en production d'électricité -une réduction de 3 à 4 % du rendement énergétique, simplement en utilisant un mauvais détergent.

Surtout, l'analyse microscopique a révélé que le revêtement antireflet- lui-même n'était pas physiquement dégradé ni gravé. Le problème n’était pas des dommages permanents mais des résidus persistants. Le savon à vaisselle laisse un film qui, bien qu'invisible à l'œil nu, suffit à altérer les propriétés optiques du verre. Même un rinçage minutieux n’a pas réussi à restaurer complètement les niveaux de transmission d’origine.

Pourquoi le savon à vaisselle se comporte-t-il différemment des autres nettoyants ? La réponse réside dans sa formulation chimique. Les savons à vaisselle sont conçus pour adhérer aux surfaces-c'est pourquoi ils éliminent efficacement la graisse des assiettes, mais nécessitent également un rinçage approfondi. Ils contiennent souvent des tensioactifs qui laissent un film hydrophile ou hydrophobe selon la formule.

Lorsqu'ils sont appliqués sur du verre antireflet, ces résidus remplissent les pores microscopiques du revêtement ou créent un film uniforme qui modifie l'indice de réfraction à la surface. Le revêtement antireflet-fonctionne en créant une transition progressive de l'indice de réfraction entre l'air et le verre. Tout corps étranger déposé dessus perturbe ce gradient, rétablissant ainsi les pertes par réflexion que le revêtement a été conçu pour éliminer.

Contrairement à l'alcool isopropylique et aux nettoyants pour vitres professionnels, l'éthanol et l'acétone sont également très efficaces, mais vous devez les utiliser avec prudence en raison de leur potentiel à provoquer des réactions chimiques avec les matériaux d'encadrement ou d'étanchéité. Cette étude a démontré que tous ces agents de nettoyage volatils et-produits spécialement conçus pour le nettoyage photovoltaïque n'endommageaient pas les performances optiques.

À la suite de ces résultats, voici quelques recommandations à l’intention des propriétaires de systèmes photovoltaïques résidentiels et commerciaux :

Évitez complètement d’utiliser du savon à vaisselle.Bien que les panneaux solaires puissent sembler propres après-utilisation avec du savon à vaisselle, le savon laisse derrière lui un résidu invisible, qui continuera à nuire aux performances jusqu'à ce qu'il soit éliminé naturellement par les intempéries (pluie, UV et exposition au vent). Dans certaines régions du monde où les précipitations sont minimes, comme dans le sud-ouest des États-Unis, les résidus de détergent peuvent rester sur les modules jusqu'à 6 mois.

Utilisez uniquement les produits de nettoyage recommandés.Les produits de nettoyage qui contiennent de l'alcool isopropylique (généralement une concentration de 70 % ou plus) ou des produits commercialisés spécifiquement pour le nettoyage du verre mais qui ne contiennent aucun matériau de conditionnement ou de cire peuvent être utilisés en toute sécurité. Les solutions spécialement conçues-pour le nettoyage des panneaux solaires peuvent être plus coûteuses ; cependant, la chimie de ces produits a été spécifiquement développée pour être utilisée sur les revêtements antireflet-.

Utilisez de l’eau de la plus haute qualité possible lorsque vous utilisez de l’eau seule.Idéalement, vous devriez utiliser de l’eau déminéralisée ou distillée. Si vous utilisez de l'eau du robinet pour le nettoyage, vous laisserez des résidus minéraux sur le module solaire et ces résidus pourraient s'accumuler avec le temps et limiter la quantité de lumière transmise à travers cette zone.

Considérez attentivement les méthodes mécaniques.Les brosses douces ou les raclettes sont acceptables ; les outils abrasifs peuvent rayer le verre ou le revêtement, provoquant des dommages permanents sans rapport avec les produits chimiques de nettoyage.

L'enquête finlandaise soutient les enquêtes menées simultanément par le Centre Fraunhofer pour le photovoltaïque au silicium en Allemagne, qui ont toutes deux montré que de nombreuses solutions de nettoyage couramment utilisées causeraient des dommages à long terme-aux-revêtements antireflet des panneaux solaires. Collectivement, ils démontrent une prise de conscience croissante au sein de l'industrie du fait que les actions de maintenance ne se produisent pas en vase clos ; en tant que tels, ils influenceront la longévité des performances d'un panneau solaire dès l'installation d'un système.

Une perte d’efficacité de 3 à 4 % due à un nettoyage inapproprié ne peut pas sembler catastrophique à un observateur occasionnel. Cependant, pour une installation commerciale générant des milliers de kilowattheures-heures par an, cela représente une perte financière importante au fil du temps. Pour les systèmes résidentiels, cela peut faire la différence entre répondre aux attentes énergétiques et se demander pourquoi la production semble inférieure à celle des installations voisines.

La tentation d’utiliser ce qui se trouve déjà sous l’évier de la cuisine est compréhensible. Mais comme le démontre cette recherche, la commodité a un coût. Choisir le bon agent de nettoyage ne nécessite aucune formation spécialisée-seulement une sensibilisation. Et dans l'énergie solaire, où les marges et les performances à long terme sont importantes, de si petits choix ont des conséquences mesurables.