Quels sont les paramètres importants à prendre en compte pour la conception des installations photovoltaïques ?
Lors de la conception des installations photovoltaïques, les développeurs doivent prendre en compte un grand nombre de paramètres pour optimiser la production d’énergie et la rentabilité des projets : la latitude, le relief, les conditions climatiques, l’irradiation et la température, l’orientation des modules, leur inclinaison, les obstacles proches générant des ombrages.
LA LATITUDE, L’INCLINAISON ET L’ORIENTATION DES MODULES
La latitude est définie comme la distance entre un point de la surface de la Terre et l’Equateur. Pour une installation au sol ou pour une toiture horizontale, elle est très déterminante pour l’installation des modules, leur inclinaison et l’espacement entre les tables. Plus une installation sera distante de l’équateur, plus les modules devront être inclinés pour capter au mieux le rayonnement solaire, et plus les rangées de tables devront être espacées pour éviter les ombres portées d’une rangée à l’autre.
L’orientation classique des modules est fixée vers l’équateur, surtout pour des valeurs de latitude élevées. Cependant lorsque la latitude est plus basse et/ou que la surface disponible est limitée, on peut opter pour une disposition Est-Ouest où les rangées, relativement peu inclinées, sont orientées alternativement vers l’Est et vers l’Ouest. On obtient ainsi, sur une même surface, une plus grande densité de modules et donc une puissance crête plus grande pour une production électrique plus importante. La puissance crête est aussi mieux répartie tout au long d’une journée ensoleillée et plus facile à valoriser sur des projets en autoconsommation.
LES CONDITIONS CLIMATIQUES
La latitude de l’installation a une incidence directe sur l’énergie solaire disponible pour une surface horizontale donnée. Un terrain ou une toiture horizontale, dans une zone plus proche de l’Equateur, recevra plus de rayonnement car le soleil est davantage à la verticale. Cette tendance générale est modulée par les conditions climatiques. Un ciel sans nuage donnera une irradiation plus importante avec un maximum en milieu de journée. Un ciel nuageux donnera globalement une irradiation plus basse, mais aussi éventuellement répartie au cours de la journée.
La température influence aussi la productivité photovoltaïque. Le rendement des modules diminue quand la température du module s’élève. La température ambiante est donc déterminante tout comme la circulation de l’air autour des modules qui limitera cette température. Il est donc important de disposer d’informations météorologiques complètes intégrant notamment pour chaque lieu étudié, la température et l’irradiation – décomposée en irradiation directe (sans nuage) et en irradiation diffuse (avec nuage ou tout simplement du fait de l’atmosphère plus ou moins limpide) – et cela pour les différentes saisons de l’année.
LE RELIEF ET LES OMBRAGES
En dernier lieu, l’ombrage est un paramètre important sur la production d’énergie. L’effet d’un ombrage sur une partie d’un module ou une partie d’un champ de module est plus important que notre perception intuitive. Il diminue l’énergie solaire reçue, mais modifie également le comportement électrique du dispositif, pénalisant le fonctionnement des zones éclairées.
Pour une installation photovoltaïque, on distingue l’ombrage lointain, calculé à partir de la localisation de l’installation et le relief environnant qui va occulter le soleil, surtout en début et fin de journée et dans les mois proches du solstice d’hiver. Plus le milieu est accidenté, plus les ombrages lointains sont importants. Un site de montagne en fond de vallée peut recevoir le soleil quelques heures par jour seulement.
L’ombrage proche est également déterminant. Il s’agit des ombres portées par des obstacles proches tels que des bâtiments ou de la végétation. L’ombre portée par une rangée de module sur sa voisine fait partie de l’ombrage proche. Il est important pour une bonne simulation de pouvoir modéliser cet ombrage, notamment avec une modélisation en trois dimensions qui permet de déterminer l’ombrage en fonction de la position du soleil à chaque instant.
COMMENT LA SOLUTION ARCHELIOS™ AIDE À OPTIMISER L’ENSEMBLE DE CES PARAMETRES?
archelios™ Pro est un logiciel puissant, innovant et facile à utiliser pour l’étude de faisabilité, incluant la la conception 3D, la simulation de productible et le calcul de rentabilité de tout projet photovoltaïque. Grâce à sa fonction d’export, il permet d’utiliser cette conception dans les étapes suivantes du cycle de vie des projets avec archelios™ Calc pour le dimensionnement électrique et archelios O&M pour la supervision. Il est possible d’exporter un projet vers AutoCAD (.DXF) pour la mise en page et vers MS Excel (.CSV) pour la description de l’installation et les résultats de simulation.
Le logiciel permet de prendre en compte de manière précise les paramètres importants de la conception :
- Localisation de l’installation en longitude et surtout en latitude, paramètre prépondérant pour la production.
- Accès à une base de données des historiques météorologiques d’un réseau de stations de mesure qui fournissent les données d’irradiation, directe et diffuse, et les températures pour chaque mois de l’année, intégrant donc les caractéristiques climatiques. Le logiciel propose à l’utilisateur les stations météorologiques les plus proches de son site.
- Un modèle 3D géolocalisé qui simule l’environnement :
- ombrages ou masques lointains calculés automatiquement à partir d’un modèle de terrain à couverture mondiale.
- ombrage proche calculé à partir des modules eux-mêmes et des obstacles saisis dans l’édition du modèle.
- Une définition précise de l’albédo sur les surfaces d’implantation qui prend en compte les ombres portées sur le sol.
- Calcul de la production mensuelle avec profils horaires
- Implantation Est-Ouest : les modules peuvent être facilement dupliqués sans qu’il soit nécessaire de corriger manuellement l’orientation.
- Large base de données de composants (modules, onduleurs, batteries).
Certaines fonctions spécifiques permettent d’optimiser ces paramètres en phase de conception :
- Archelios PRO détermine automatiquement l’inclinaison optimum des modules en fonction de la latitude de l’installation.
- L’écart entre les rangées de modules est calculé automatiquement pour contrôler l’ombrage porté d’une rangée à l’autre.
- La fonction de comparaison de projets et la grande facilité de conception permet de définir rapidement plusieurs stratégies d’implantation et de les comparer en productivité énergétique et rentabilité économique.
Article rédigé avec la collaboration de Thierry Deffontaines, Chef de produit archelios™ O&M, Division Solaire Cythelia Energy.
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