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4 mars 2019

PV Bifacial : Une nouvelle approche de conception sur toits plats

by Alexandre G-Vanasse Les dernières années nous ont amenées plusieurs nouvelles technologies solaires dans le marché Nord-Américain, avec un grande variété de prix et de performances. Jusqu'à récemment, ls plupart des panneaux bifaciaux étaient généralement beaucoup plus coûteux que leur équivalent monofaciaux. Les développeurs de projets solaires étaient donc réticents à offrir de telles solutions, ne sachant pas si le coût additionnel allait être compensé par des gains en production. Avec le prix des panneaux bifaciaux « P-Type » (efficacité bifaciale plus basse) qui s'approche rapidement du prix des PV ordinaires, la question que les développeurs solaires devraient se poser est « comment puis-je rendre mon projet solaire plus rentable, avec des panneaux bifaciaux ».



Les toits plats sont une application idéale pour les PV bifaciaux, à cause la présence accrue des « cool roofs » ou « smart roofs » (toits « froids » ou « intelligents ») qui sont faits de membrane TPO ou EPDM réfléchissant à 80%+, tout spécialement dans les régions où ils sont obligatoires, telle la Californie.
Concevoir un projet solaire pour des panneaux bifaciaux est simple : le but est d'augmenter au maximum la quantité de lumière qui frappera la face arrière des panneaux. Dans un premier temps, les concepteurs devront se concentrer sur l'angle d'inclinaison et la hauteur du système PV par rapport au toit (dégagement). La plupart des solutions de montage ont un profil très bas et ont souvent uin déflecteur de vent, alors il est nécessaire de choisir le bon système de montage.
On peut s'imaginer regarder au travers de l'objectif d'une caméra : plus on éloignera la caméra de l'objet qu'on regarde, et plus qu'on relèvera la caméra vers l'horizontal, plus quand champ de vision sera grand. Ceci ressemble à la manière dont fonctionne les PV bifaciaux : en augmentant l'angle d'inclinaison et en éloignant les PV du toit réfléchissant, on améliorera la production de ceux-ci. 
Ceci est facile à simuler dans PVSYST, et plusieurs études de cas sont disponibles en ligne. La complexité relève de choisir la bonne solution de montage : tout rail sous les panneaux va causer de l'ombrage sur la face arrière de ceux-ci, ce qui limitera la production en courant des cellules ombragées et celle-ci agiront en résistance avec les autres cellules connectées en série, ce qui en retour causera des « hot spots » (cellules surchauffées).
Aussi, tout déflecteur de vent et la présence de ballastes sous les panneaux va limiter la quantité de lumière diffuse disponible pour irradier la face arrière des PV. Afin d'éviter ceci, il est recommandé d'utiliser unm système à base de rails qui sont placées à l'extérieur des panneaux PV (sous le cadre), sans déflecteur de vent et ancré, lorsque le projet permet les ancrages dans le toit.

15° Haut Profil Vs 10° bas profil
Augmenter l'angle d'inclinaison de 10 degrés à 15 degrés augmentera la production d'énergie de la face avant des PV de 2.4%, selon PVSYST 6.77. Augmenter l'angle à 20 degrés ajoutera un autre 2%, approximativement. Traditionnellement, aller à 15 ou 20 degrés d'inclinaison voudra dire d'augmenter aussi l'espacement entre les rangées (et donc moins de panneaux pourront être installés sur la même surface), et ainsi en viendra à réduire la puissance totale du projet de 10 à 15%, tout dépendant de la distance entre les rangées du système de montage.
À la lumière de ce qui précède, peu de développeurs solaires ont adoptés l'approche à angles élevés d'inclinaison, préférant installer un maximum de quantité de PV, cependant lorsqu'on ajoute les PV bifaciaux à l'équation, on pourra rapidement obtenir approximativement 13-14% de gains bifaciaux sur une membrane réflective à 80%, lorsque les panneaux sont inclinés à 10 degrés et qu'ils sont très près du toit.
En augmentant l'angle d'inclinaison d'avantage à 15 degrés et 18 pouces (46 cm) de hauteur entre le base des panneaux et le toit, on verra 2.5% d'énergie additionnelle produite par la face avant et 1.5% d'énergie additionnelle grâce à la hauteur du système (dégagement), pour un total de gain de production allant jusqu'à 18%. Ceci change complètement la rentabilité d'un projet solaire.
Il est même possible d'ajouter 23% d'électricité additionnelle produite par panneau en augmentant l'angle d'inclinaison à 20 degrés (comparé à un panneau équivalent monofacial à 10 degrés), ce qui permettra de compenser la quantité moins grande de panneaux installés, tout en réduisant le coût du projet[1].
Ceci veut dire qu'un système moins cher avec une plus petite puissance totale (en Watts) à 15 degrés d'inclinaison et 18po + (46 cm+), pourra générer plus de kilowattheures à la fin de l'année avec des PV bifaciaux que le même système à 10 degrés avec des PV monofaciaux.
Et même si un système à 20 degrés d'angle d'inclinaison va produire moins de kilowattheures, au final, il y aura tout de même une production d'énergie à meilleur coûts pour chaque panneau installé.
Les régions avec de la neige bénéficient davantage des panneaux bifaciaux : lorsque la lumière rejoint la face arrière des PV, ceux-ci vont chauffer et faire fondre la neige beaucoup plus vite que des PV monofaciaux avec l'arrière blanc. Bien qu'il devra y avoir plus de recherche sur ce sujet, on peut assumer un gain relatif de 1-2% en production d'énergie dans les régions très neigeuses.
Avec l'arrivée sur le marché de PV bifaciaux à meilleurs prix, les développeurs solaires devraient prendre le temps d'étudier les situations où les panneaux bifaciaux peuvent être plus profitables que les PV monofaciaux. Lorsqu'il y a beaucoup de place sur un toit, par exemple, ou lorsqu'une membrane réfléchissante est déjà en place, ou si le projet est dans une région neigeuse, les panneaux bifaciaux ont une grande chance de générer un meilleur retour sur investissement. En effet, dans ces conditions, les panneaux bifaciaux peuvent générer plus de kWh avec moins de panneaux PV, ce qui amènera un projet moins cher et plus profitable (ou un système générant moins de kWh au final, mais utilisant beaucoup moins de panneaux PV et qui sera donc substantiellement moins cher).
La détermination de l'augmentation de la rentabilité d'un projet doit se faire dans une approche spécifique à chaque projet, ce qu'Opsun peut aider à faire, mais la possibilité d'augmenter les profits et la génération d'électricité avec des panneaux bifaciaux devraient être explorées systématiquement.
Alexandre G-Vanasse est VP Développement des Affaires pour Opsun.
[1] Tous les chiffres ci-haut sont issus de simulations PVSYST 6.77, en utilisant toutes les mêmes bases de paramètres, et des panneaux N-TYOE avec une bifacialité de 75% (ratio d'efficacité de la face avant sur la face arrière).


 

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