L'impact de la poussière sur les systèmes photovoltaïques dans les environnements côtiers arides

Une équipe de recherche dirigée par l'Université Imam Abdulrahman Bin Faisal d'Arabie saoudite a mené une étude expérimentale sur la manière dont différentes compositions de poussière affectent les performances photovoltaïques. L'étude a examiné quatre types de poussière -montmorillonite, kaolinite, bentonite et poussière naturelle-sur des panneaux solaires fonctionnant dans des environnements côtiers arides.

"Les résultats de cette étude ont des implications pratiques pour optimiser la maintenance photovoltaïque dans les régions côtières arides", a expliqué le groupe. "En associant la composition de la poussière aux mécanismes de dégradation, les parties prenantes peuvent prioriser les programmes de nettoyage ou sélectionner des revêtements adaptés aux minéraux dominants. Par exemple, les revêtements hydrophobes peuvent atténuer l'adhérence induite par l'humidité-dans les environnements riches en calcium-, tandis que les régions riches en fer-pourraient bénéficier de matériaux résistants à la chaleur-."

Les expériences ont été réalisées à Jubail, une ville située sur la côte du golfe Persique en Arabie Saoudite, classée BWh (désert chaud) selon le système climatique de Köppen. Un panneau photovoltaïque polycristallin de 20 W a été utilisé pour des tests de performances en extérieur entre le 9 et le 29 septembre 2025. À puissance maximale, le panneau a délivré un courant de 1,14 A et une tension de 17,6 V, avec une tension en circuit ouvert de 21,1 V et un courant de court-circuit de 1,29 A.

Les argiles montmorillonite, kaolinite et bentonite provenaient de poudres minérales commerciales et tamisées à moins de 45 μm. Des échantillons de poussière naturelle ont été collectés manuellement sur des surfaces vitrées exposées aux conditions ambiantes à Jubail. Le dépôt de poussière a été effectué en sept étapes, commençant par une densité surfacique d'environ 1,0 g/m² et augmentant progressivement jusqu'à environ 7,0 g/m². Des mesures ont été effectuées après chaque étape de dépôt.

"L'analyse minéralogique via SEM-EDX a révélé des profils de composition distincts qui sont directement en corrélation avec les modèles de dégradation des performances", ont déclaré les universitaires. "La poussière naturelle, caractérisée par une teneur élevée en silice (25,37 %) et en oxyde de calcium (30,52 %), est apparue comme le contaminant le plus nocif, induisant une perte de puissance de 48 % à une densité de dépôt de 6 g/m2 grâce à la diffusion combinée de la lumière et à la cimentation hygroscopique."

Les poussières riches en calcium-s'avèrent particulièrement problématiques dans les conditions côtières, où une humidité élevée (40 à 65 % d'humidité relative) transforme les particules libres en couches adhérentes résistantes aux mécanismes naturels de nettoyage. En revanche, la teneur élevée en fer de la montmorillonite (62,67 %) a contribué à la dégradation thermique, augmentant la température de surface du panneau à 40,4 C et réduisant la tension en circuit ouvert-.

"L'humidité est apparue comme un facteur d'amplification critique plutôt que comme un facteur de stress indépendant, réduisant l'efficacité de 15 à 30 % lorsque l'humidité relative dépassait 60 %. Ce seuil marque une transition d'une salissure réversible à une adhésion cimentée, où les forces capillaires lient les particules de poussière à la surface du PV avec une force suffisante pour résister à l'enlèvement par le vent", ont expliqué les universitaires. "L'analyse diurne a révélé que la production d'énergie optimale se produit pendant les heures matinales à faible humidité (de 8h00 à 11h30, efficacité de 12 à 13 %), tandis que les périodes de l'après-midi connaissent des pertes d'efficacité de 20 à 25 %."

L'équipe a également découvert que la pollution particulaire influençait de manière significative la dégradation des performances, l'indice de qualité de l'air (IQA) montrant une corrélation négative plus forte avec l'efficacité que l'humidité seule. "À des niveaux d'IQA supérieurs à 160, les effets combinés de la diffusion de la lumière par les aérosols en suspension dans l'air et les salissures de surface ont réduit l'efficacité de conversion en dessous de 10 %, même sous des densités modérées de dépôt de poussière (3 à 4 g/m2)", ont-ils conclu.

Leurs résultats sont disponibles dans « Étude expérimentale et de modélisation de l'impact de la composition des poussières sur les performances photovoltaïques dans les environnements côtiers arides », publié dans le Journal of Materials Research and Technology. Des scientifiques de l'Université Imam Abdulrahman Bin Faisal d'Arabie saoudite, de l'Autorité égyptienne de l'énergie atomique et de l'Université égyptienne Ain Shams ont participé à l'étude.