Optimiser les systèmes PV hors réseau selon différents critères de conception

Au cours des dernières décennies, les systèmes électriques hors réseau et en périphérie du réseau ont gagné en nombre et en complexité, à mesure de la baisse substantielle du coût du solaire PV et, à présent, du stockage de l’énergie. Avec la maturation du marché de l’électricité hors réseau et en périphérie du réseau, les investisseurs eux aussi commencent à s’y intéresser. Il est donc essentiel de comprendre comment planifier un projet afin qu’il réponde aux besoins du propriétaire des infrastructures, des consommateurs finaux et de tous les autres acteurs. Si les analyses types se concentrent essentiellement sur les aspects économiques du projet, il importe également de prendre en compte les facteurs sociaux, comportementaux et environnementaux.

Dans l’un de ses rapports, IEA PVPS Task 18 cherche à apporter des orientations aux acteurs qui participent à la conception et au développement de projets photovoltaïques (PV) hors réseau, en leur fournissant un guide complet sur les études de faisabilité. Ce guide est un outil de référence pour les premiers stades des processus de planification et de prise de décision dans ce genre de projets.

Toutes les études de faisabilité sont différentes. Chaque projet se met en place dans un contexte unique résultant d’emplacements, d’acteurs, de conditions de site, d’objectifs, de contraintes et d’opportunités différents. Malheureusement, les exemples de projets bien intentionnés mais mal pensés, qui ont échoué partiellement ou totalement à tenir leurs promesses et atteindre leur plein potentiel, ne manquent pas. Si les raisons de ces échecs sont nombreuses et diverses, elles peuvent être attribuées dans la plupart des cas à des erreurs et à une mauvaise compréhension au cours de la phase initiale de faisabilité du projet.

D’après le rapport de la Task 18, voici les étapes clés nécessaires à la réalisation d’une étude de faisabilité :

• Identification des objectifs du projet : Ce chapitre donne des conseils sur la manière dont collaborer avec les acteurs du projet pour déterminer clairement les résultats souhaitables du projet. Il peut s’agir de résultats financiers, sociaux et/ou environnementaux.
• Choix du site et évaluation des ressources: Cette section fournit des orientations sur la manière dont choisir un emplacement adapté pour un projet PV hors réseau et évaluer son potentiel de ressources solaires. Elle met en évidence l’importance de la précision des données météorologiques et des mesures de l’irradiation solaire et donne des indications sur la manière dont réaliser des mesures sur place.
• Conception du système: Dans ce chapitre, on apprend comment concevoir un système PV hors réseau qui répond aux objectifs du projet et aux contraintes du site. Il passe en revue des considérations clés de la conception telles que la taille et la fiabilité du système et la sélection des composants.
• Analyse financière: Cette section indique comment réaliser une analyse financière pour un projet PV hors réseau, y compris l’étude de rentabilité, l’analyse du cash-flow et les options de financement du projet.

Le rapport expose l’étude du cas d’un ranch isolé, détenu et exploité par des Aborigènes et situé à 10 km du réseau du Territoire du Nord en Australie. Ce ranch est alimenté par un système de production d’électricité au diesel. Dans cette étude de cas, le client a demandé une étude de faisabilité pour savoir s’il est plus intéressant de ne rien changer à l’alimentation de son site (business as usual – BAU), de le raccorder au réseau, ou de passer à un système d’électricité hybride PV / système de stockage de l’énergie par batterie (BESS) / diesel. Par ailleurs, si l’étude de faisabilité indique qu’il est avantageux d’installer une centrale hybride indépendante, le client aura aussi besoin de savoir quel sera l’impact des différentes conceptions de systèmes (systèmes de petite taille ou de grande taille) sur les répercussions économiques, sociales et environnementales du projet.

Le client souhaite :

• Maximiser la rentabilité financière
• Améliorer la fiabilité du système électrique
• Minimiser la volatilité des coûts de fonctionnement
• Améliorer la viabilité environnementale

À l’aide de ces critères, l’étude de cas cherche à déterminer si le client devrait ne rien changer, se raccorder au réseau ou mettre en place un système hybride PV / BESS / diesel. Elle va même plus loin en réalisant une analyse complète du profil de la charge et de l’offre et en associant les dépenses en capital (Capex) et les dépenses opérationnelles (Opex) adaptées à chaque option.

Les mesures des résultats peuvent ensuite être visualisées de différentes manières afin que le client puisse se faire une idée des contreparties liées à chaque critère de conception recensé. L’étude de faisabilité (et donc l’étude de cas) se fonde sur des graphiques de contour (ou topologiques) pour réaliser des analyses multivariables. Par exemple, si le client souhaite une optimisation sur la base de la valeur actualisée nette (NPV) et du taux de rendement interne (IRR) en faisant varier la taille du BSSE et la taille du système PV, le graphique ci-dessus indique les relations entre ces différents facteurs.

Tandis que les lignes de contour noires en pointillés représentent une NPV négative, les lignes de contour noires pleines représentent une NPV positive et les lignes de contour rouges l’IRR. Au vu de cette analyse multivariable, l’optimisation peut se trouver à l’endroit où la NPV et l’IRR sont au plus haut, matérialisé par le point bleu.

Toutefois, l’optimisation présentée ici est purement financière. Si le client souhaitait comparer une mesure environnementale telle que la Fraction d’énergie renouvelable, qui représente la quantité d’énergie provenant d’une source renouvelable en pourcentage du total de l’énergie fournie, à une mesure financière comme la NPV, on pourrait utiliser le graphique de contour suivant.

Comme on peut le constater, sélectionner un critère d’optimisation différent modifie la taille du BESS et du système PV conseillés.

Le rapport de la IEA PVPS Task 18 indique comment la collaboration avec les acteurs du projet et l’optimisation multivariable et multicritère peut permettre de parvenir aux meilleurs résultats pour le projet. Dans l’ensemble, le rapport constitue un guide complet pour mener à bien des études de faisabilité pour des projets de PV hors réseau et fournit aux acteurs les outils et les informations nécessaires pour prendre des décisions éclairées tout au long du processus de planification et de développement.

Cet article, auquel a contribué IEA PVPS Task 18 – Off-Grid and Edge-of-Grid PV Systems, s’inscrit dans une colonne mensuelle du programme IEA PVPS. Pour plus d’informations, vous pouvez consulter le récent rapport de la Task 18 : Blueprint on how to conduct feasibility studies on off-grid and edge-of-grid power systems.

Par Christopher Martell, GSES, Australie

Traduction assurée par Christelle Taureau.