Comment assurer une conception optimale d’un parc solaire ?

Un projet réussi commence toujours par une bonne conception du parc solaire. Un bon design garantit un équilibre optimal entre les coûts du système et la production attendue. Cependant, une conception bien pensée permet également de réduire les coûts de maintenance. Nous recevons régulièrement des questions relatives à la conception des parcs solaires. Dans cet article, nous utilisons ces questions pour expliquer un certain nombre de choix et de considérations à prendre en compte lors de la conception d’un parc.

Par où commencer lors de la conception d’un parc solaire ?

Pour produire un bon design, il faut explorer les extrêmes. Tout d’abord, nous déterminons quelle est la capacité maximale pouvant être installée sur un site donné, en prenant uniquement en compte les contraintes physiques de l’emplacement. Ces contraintes peuvent être imposées, par exemple, par le permis accordé (restrictions de hauteur, orientation des panneaux, contraintes environnementales, etc.), l’aménagement paysager prévu, les distances minimales entre les rangées pour la maintenance, la présence de fossés, etc.

Des distances réduites entre les rangées entraîneront un ombrage interne important (ombre d’une rangée de panneaux sur une autre, appelé « ombre proche ») et donc une production relativement faible par panneau. Cependant, cette variante permet de maximiser la production totale en kWh. Le facteur de remplissage pour cette configuration est généralement compris entre 0,6 et 0,7, ce qui signifie que 60 à 70 % de la surface est utilisée pour les panneaux.

À l’autre extrémité du spectre, une variante de positionnement est calculée afin d’optimiser la production de chaque panneau. La distance entre les rangées doit alors être augmentée pour éviter l’ombrage. Cette disposition permet une production optimale par panneau, mais entraîne une capacité installée moindre et donc une production totale plus faible en kWh. Le facteur de remplissage dans cette configuration sera d’environ 0,2 à 0,3.

Une fois ces extrêmes connus, il est possible de déterminer la configuration optimale en effectuant plusieurs itérations. L’optimisation dépend fortement des coûts fixes généraux du site, tels que le coût du terrain, les frais de connexion au réseau, etc. Si ces coûts fixes sont élevés, il sera nécessaire de maximiser la production en kWh pour obtenir un coût de revient le plus bas possible par kWh.

Quelle est la meilleure approche pour les onduleurs ?

L’onduleur est l’un des composants les plus coûteux et les plus sensibles à la maintenance dans un parc solaire. Les panneaux solaires ne produisent à pleine capacité que quelques jours par an, il est donc judicieux de minimiser le nombre d’onduleurs installés. Cela entraîne une augmentation du facteur de surcharge.

Le facteur de surcharge est le rapport entre la capacité de l’onduleur (côté AC) et la capacité installée des modules PV (côté DC). Une sous-dimension des onduleurs permet de réduire les coûts d’investissement, mais entraîne une perte minime de production lors des pics (environ 1 à 3 %). En fonction du coût des onduleurs et de la production d’énergie spécifique au site, il est possible d’optimiser davantage la conception.

Une autre raison pour sous-dimensionner les onduleurs

La capacité de pointe d’un panneau solaire (kWp) est mesurée lors de tests en usine sous des conditions de test standard (STC) :

Irradiance de 1 000 W/m² (à irradiation verticale)

Température du panneau de 25°C

Masse d’air de 1,5

Ces conditions sont rarement atteintes en pratique. Par exemple, au Royaume-Uni, l’irradiance est presque toujours inférieure à 1 000 W/m². De plus, une température élevée du panneau réduit son rendement.

Une température de panneau de 45°C peut entraîner une perte de capacité de 8 à 9 %.

À l’inverse, une température plus basse améliore la production.

Les facteurs de surcharge observés sont généralement compris entre 20 % et 40 %. Avec un facteur de surcharge de 20 % au Royaume-Uni, une légère perte de production lors des pics doit être prise en compte, mais ce désavantage est compensé par une meilleure performance lors des périodes de faible irradiation, car un onduleur sous-dimensionné fonctionne à une charge plus élevée et donc avec une meilleure efficacité.

Relation entre conception et maintenance

Les coûts de maintenance sont fortement influencés par deux éléments :

Le choix des matériaux utilisés

La conception du parc solaire

Le choix des matériaux impacte directement les coûts de maintenance (voir nos articles précédents). Cependant, la conception du parc doit également tenir compte de la maintenance opérationnelle, notamment :

Construction des routes d’accès

Accessibilité des panneaux et des onduleurs

Disposition des câbles

Choix des végétaux

Positionnement des clôtures et des portails

Distances par rapport aux fossés

Un aspect souvent négligé est la distance entre les rangées de panneaux. Elle est généralement fixée à 2 mètres pour permettre le passage des machines de maintenance. Cependant, cette distance peut être réduite si les machines peuvent passer sous la partie haute des panneaux.

Par exemple, avec une configuration en portrait de 3 panneaux inclinés à 20°, le point le plus haut atteint 2,4 mètres, laissant 0,5 mètre de dégagement pour les machines. Cela permet d’installer une ou deux rangées supplémentaires sur une grande parcelle. Prendre en compte la maintenance dès la phase de conception permet d’optimiser la surface utilisée.

Est-il intéressant d’utiliser des trackers solaires ?

On nous demande souvent s’il est avantageux d’installer des trackers solaires (à un ou plusieurs axes).

Au Royaume-Uni, les panneaux solaires fonctionnent idéalement avec :

Une inclinaison de 37° à 41°

Un azimut de 0° (plein sud)

Si l’orientation des panneaux dévie de 5°, la performance diminue. Cette perte peut être évitée en suivant la trajectoire du soleil à l’aide de trackers. En théorie, cette technique permettrait jusqu’à 25 % d’augmentation de production au Royaume-Uni.

Cependant, les trackers augmentent considérablement les coûts :

10 à 12 % de surcoût à l’achat

3 à 4 % de coûts opérationnels supplémentaires

Dans la pratique, au Royaume-Uni, le climat contient beaucoup de lumière diffuse (entre 30 et 50 % de la lumière globale). Nous n’avons pas encore observé de cas où les gains de production avec trackers compensaient les coûts supplémentaires.

L’orientation Est-Ouest : une alternative intéressante ?

Une orientation Est-Ouest signifie que les panneaux sont orientés vers l’est et l’ouest au lieu du sud, avec une inclinaison plus faible (8° à 15°).

Un panneau orienté plein sud produit un pic d’énergie à midi, avec peu ou pas de production le matin et le soir.

Une orientation Est-Ouest produit un pic moins marqué à midi, mais une production accrue le matin et en soirée.

Cette disposition réduit également l’ombrage entre les panneaux, permettant une densité plus élevée de panneaux installés (facteur de remplissage de 0,9 possible).

En fonction des contrats d’achat d’électricité (PPA) et de l’évolution des prix de l’énergie, l’orientation Est-Ouest pourrait devenir plus rentable, car l’électricité est généralement plus chère le matin et le soir.

Dans les régions du Royaume-Uni à fort ensoleillement et les projets avec des coûts fixes élevés, nous recommandons d’étudier attentivement l’option Est-Ouest lors de la phase de conception.