Dossier PV
Ombrages et potentiel photovoltaïque
Le productible annuel d’une installation photovoltaïque dépend directement de l’irradiation solaire reçue par les modules qui la constituent.
Celle-ci est accessible grâce à des bases de données météorologiques issues de mesures au sol ou de l’analyse d’images satellitaires. L’information contenue dans ces bases n’est cependant pas complète pour 2 raisons :
- Les données qui y sont contenues ne portent que sur l’irradiation reçue par un plan à l’horizontale. Les modules photovoltaïques étant la plupart du temps inclinés (même sous des latitudes proches de l’équateur où il est préférable de les incliner pour favoriser leur nettoyage par l’écoulement de l’eau de pluie), l’accès à l’irradiation dans ce plan incliné se fait par un calcul qui prend en compte les différentes positions prises par le soleil au cours de l’année.
- La seconde raison qui est l’objet de cet article, est que les modules peuvent être à certains moments de l’année ombragés.
« Le masque lointain est constitué par le relief qui entoure la centrale considérée. »
On distingue classiquement deux types d’ombrage (on parle également de masque) : l’ombrage lointain et l’ombrage proche.
On parle de masque lointain lorsqu’on peut considérer que, quel que soit le module considéré sur la centrale, la variation de l’ombrage est faible, c’est-à-dire que tous les modules sont éclairés ou ombrés aux mêmes moments, et qu’il ne peut y avoir en même temps des modules à l’ombre et d’autres recevant de l’éclairement direct. Le masque lointain est constitué par le relief qui entoure la centrale considérée. Souvent négligeable en plaine, son influence peut être très importante en montagne, en particulier dans les zones encaissées, en fond de vallée. La figure ci-dessous représente le masque lointain à Chamonix. Pour un tel masque, la perte annuelle sur l’irradiation reçue (à l’optimum) est de près de 15%.
Masque lointain à Chamonix (archelios™ PRO)
La même figure permet de constater que la perte en hiver, où le soleil est bas sur l’horizon, est bien plus importante qu’en été. Pour des installations en vente totale, seule la perte annuelle est à considérer. En revanche, pour des systèmes en autoconsommation (connectés au réseau) ou isolés, cette perte hivernale plus importante doit être prise en compte dans le dimensionnement.
Pendant longtemps relevé grâce à un clinomètre ou des outils d’analyse de photographies, le masque lointain peut être calculé grâce aux données topographiques. C’est le cas dans archelios™ PRO qui permet ce calcul en tout point du globe, sur la base des données SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) de la NASA, dont la résolution est de 100 m.
La présence d’un masque proche implique que l’éclairement reçu à un moment donné n’est pas le même selon le module considéré sur la centrale. Le masque proche peut être « interne », comme celui causé par des rangées de modules ou des édicules en toiture, ou « externe » comme des arbres ou des bâtiments environnants.
La prise en compte précise des masques proches « externes » nécessite une modélisation 3D. Grâce à un plugin directement disponible dans le l’éditeur 3D Sketchup, archelios™ PRO permet une intégration des différents obstacles présents et une visualisation de leurs impacts à l’échelle du module.
Evaluation du gisement à l’échelle du module
Il est possible de filtrer les modules par modules par niveau d’irradiation reçue pour ne retenir que les mieux exposés.
Filtrage des modules en fonction de l’irradiation annuelle reçue
A cette étape, la tâche la plus chronophage et fastidieuse consiste à modéliser l’environnement 3D de la centrale. SketchUp reste un logiciel facile à utiliser, mais quelles côtes renseigner pour les obstacles présents ? Bien sûr, le relevé sur site reste possible… mais long. En se basant sur les données MNS (Modèle Numérique de Surface) de l’IGN, précises à 25 cm, archelios™ PRO permet en quelques clics d’avoir accès à l’environnement 3D autour de l’installation prévue.
Import du MNS (Modèle Numérique de Surface) grâce à la fonctionnalité 3D Map
« Une chaîne de modules est impactée dès lors que l’ombrage touche un module qui la compose. »
Sauf à ne retenir que les modules qui ne sont pas du tout affectés par les ombrages, l’impact des masques ne s’arrête pas au calcul de l’irradiation moyenne reçue par les modules. En effet, en fonction de l’importance des ombrages et de la manière dont sont câblés les modules entre eux, l’effet sur le productible est loin d’être négligeable : une chaîne de modules est impactée dès lors que l’ombrage touche un module qui la compose. Cet effet d’ombrage partiel sera nul pour une installation équipée de micro-onduleurs ou d’optimiseurs, et sera plus ou moins important selon le câblage retenu par le concepteur. Grâce à ses fonctionnalités de câblage avancés, archelios™ PRO permet à l’utilisateur de tester et comparer rapidement plusieurs configurations de câblage.
Effet de l’ombrage sur la production du champ PV à une heure donnée
Pertes annuelles liées aux masques
Vidéos
archelios™ PRO – Module 3D Map : l’environnement 3D automatique
archelios™ PRO – La gestion des modes de câblage
Article rédigé par Ismaël LOKHAT, Responsable Scientifique Cythelia Energy
