Des chercheurs font la lumière sur les mystérieux rendements énergétiques plus élevés des systèmes PV verticaux

D’après pv magazine International

Un groupe de chercheurs de l’Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée (TNO) a mené une série de tests et de simulations pour comprendre pourquoi les systèmes photovoltaïques verticaux ont tendance à fournir des gains de rendement supérieurs par rapport aux réseaux horizontaux. « Bien que ces performances plus élevées aient déjà fait l’objet d’articles et de conférences, nous n’avons vu aucune publication expliquant pourquoi. Ces résultats s’expliquent par une température de fonctionnement beaucoup plus basse que celle à laquelle on pourrait s’attendre pour des systèmes photovoltaïques à inclinaison fixe avec la même irradiation totale, a déclaré Bas B. Van Aken, l’auteur correspondant de l’étude, à pv magazine. Ces températures de fonctionnement plus basses ont un effet positif sur la tension de fonctionnement. Et donc sur la production totale d’énergie, en particulier dans des conditions d’irradiation élevée ».

Dans l’étude “Thermal model in digital twin of vertical PV system helps to explain unexpected yield gains“, publiée dans EPJ Photovoltaics, Bas B. Van Aken et ses collègues expliquent que la tension est influencée à la fois par la quantité de lumière et par la température des cellules solaires. Lorsque les conditions d’irradiation augmentent, la tension augmente de manière logarithmique, tandis que lorsque la température augmente, la tension diminue, généralement de 0,3 à 0,4 % par centimètre carré.

Augmentation et diminution de la tension s’équilibrent

« Pour un système standard, nous avons observé que dans des conditions d’irradiation élevée, l’augmentation due à la lumière est compensée par la diminution due à la température de fonctionnement plus élevée, a souligné Bas B. Van Aken. Toutefois, pour le système vertical, nous avons observé que la température de fonctionnement n’augmente pas autant et que l’augmentation et la diminution de la tension s’équilibrent plus ou moins.

Pour sa modélisation, le groupe a utilisé des jumeaux numériques, c’est-à-dire des représentations virtuelles qui relient et visualisent des actifs réels, afin de créer des jumeaux composés d’un système photovoltaïque réel et d’une copie au format numérique. Les jumeaux numériques sont couramment utilisés pour l’exploitation et la maintenance (O&M) des centrales solaires. « La version numérique reproduit la production des panneaux photovoltaïques sur la base de séries chronologiques de données météorologiques et d’autres données environnementales. Les valeurs simulées sont comparées aux données observées », expliquent les scientifiques.

Gain de 2 à 3 % du rendement électrique

Ils ont pris leurs mesures dans un système photovoltaïque vertical situé près des installations du TNO à Petten, aux Pays-Bas. Le système est-ouest comprend neuf rangées équipées chacune de huit modules bifaciaux de 315 W, l’espacement entre les rangées de modules étant respectivement de 2 m, 4 m ou 6 m. Sur les 72 modules déployés dans le système, 60 reposent sur des cellules solaires de type n M2 TOPCon. Tous les panneaux sont équipés d’optimiseurs de puissance fournis par la société israélienne Solaredge.

Pour son analyse, le groupe a utilisé une méthode d’extraction développée en interne et a constaté que les coefficients de transfert de chaleur des panneaux verticaux sont presque deux fois plus élevés que ceux des panneaux horizontaux. Les coefficients de transfert de chaleur définissent la manière dont l’énergie thermique passe d’un matériau à un autre et sont couramment utilisés, par exemple, pour l’isolation des maisons.

Ils ont également constaté que le réseau vertical fonctionne avec une différence de température par rapport à la température ambiante qui est « presque divisée par deux », ce qui, selon eux, se traduit par un rendement énergétique annuel supérieur de 2,5 %. « Ces résultats montrent l’importance de vérifier les conditions de fonctionnement réelles des applications émergentes des panneaux solaires, conclut le chercheur. Nous nous attendons à ce que cet effet se traduise par une augmentation de 2 à 3 % du rendement électrique annuel aux Pays-Bas, la température de fonctionnement plus basse ayant un effet de ralentissement sur les mécanismes de dégradation et l’effet pouvant être plus important dans les endroits où les conditions d’irradiation sont plus élevées ».