Comprendre les concepts de P50, P90 et P99 appliqués à l’énergie solaire

D’après pv magazine International

Si vous travaillez dans le solaire, vous êtes destiné à entendre ou à rencontrer les termes P50, P90 ou P99. C’est, au début, un concept très déroutant. Le « P » signifie “probabilité” et le chiffre qui le suit représente le “niveau de probabilité” (par exemple 50 %, 90 %, 99 %).

Cependant, la probabilité est intrinsèquement assez difficile à comprendre pour nous, les humains. Nous préférons en effet le déterminisme : cause et effet. Je ne fais pas mes devoirs, j’obtiens une mauvaise note à mon test. Je m’entraîne à un sport, j’augmente mes compétences.

Mais si je conduis jusqu’à la salle de sport, vais-je avoir un accident de voiture ? L’Américain moyen a un accident de voiture tous les ±700 000 miles (soit 1,13 million de km). Par conséquent, on dirait probablement que je n’aurai pas d’accident en me rendant à la salle de sport aujourd’hui. Mais, sur les 40 prochaines années, il est probable que j’aie sur la distance parcourue un accident à un moment donné. Voilà l’essence de la “probabilité statistique” : elle peut indiquer la probabilité qu’un événement se produise dans un domaine donné.

Dans le monde de l’énergie solaire, P50, P90 et P99 représentent la probabilité qu’un projet solaire produise au moins une certaine quantité d’électricité en une année donnée. De la même manière que nous utilisons la probabilité pour savoir si nous allons avoir un accident en allant à la salle de sport, je m’efforce de vous guider à travers les probabilités solaires : pourquoi elles sont nécessaires, comment elles sont calculées et comment les utiliser.

Courbe P50-P90 avec production annuelle modélisée et variabilité
*Image : Solesca*

Le solaire est assez différent des autres générateurs d’électricité, à l’exception de l’éolien. Si vous construisez une centrale nucléaire, tant que le combustible fissile est livré et que les opérateurs humains se présentent, vous pouvez pratiquement garantir la production d’électricité de l’installation indéfiniment. C’est en quelque sorte déterministe. En revanche, avec le solaire, nous dépendons — littéralement — de la météo, qui n’est pas facile à prédire.

Avec une météo aussi imprévisible, comment pouvons-nous déterminer la quantité de lumière du soleil qui frappera les modules que nous avons installés à un endroit donné, sur une année ou la durée de vie du système solaire ? Et c’est là que réside une partie de la réponse. Savez-vous quel temps il fera demain ? Vous pouvez utiliser n’importe quelle application météo et, avec un haut niveau de certitude, savoir le temps qu’il fera demain. Qu’en est-il de ce week-end ? Pour moi, c’est dans cinq jours, donc je vais garder un œil dessus. Et dans dix jours ? Un mois ? Et pour le mariage prévu en septembre ? Plus on est éloigné dans le temps, plus il est difficile de prédire la météo.

Cependant, il y a une chose étrange avec la météo qui fonctionne à l’inverse. Si vous vivez dans l’hémisphère nord, vous savez que juin sera plus chaud que décembre, qu’avril aura probablement des averses, et que les feuilles changent en automne. Nous pouvons avoir plus de certitude sur ces affirmations que sur une prévision à une date précise plusieurs mois à l’avance.

Comment utiliser cela pour le solaire ?

Heureusement pour nous, nous pouvons obtenir des données par pas de cinq minutes remontant sur plusieurs décennies. Ces données sont disponibles via le NREL (National Renewable Energy Lab), les stations au sol de la NOAA, ainsi que des outils d’interpolation satellite comme SolarAnywhere, Solcast et SolarGIS. Température, vent, irradiance, couverture nuageuse, précipitations, etc. sont suivis, puis utilisés pour créer un fichier TMY (Typical Meteorological Year) en utilisant un processus scientifique comme la méthode Sandia.

Bien que les calculs soient un peu complexes, ce qu’il faut retenir, c’est qu’on utilise 15 à 30 ans de données pour générer une année type. Ce fichier TMY est ensuite chargé dans votre logiciel de modélisation solaire et utilisé pour calculer combien d’énergie sera produite par le système. Cette production est considérée comme une “valeur P50”, généralement au format horaire (8 760 heures). Cela signifie que 50 % du temps, la production sera supérieure et 50 % inférieure. Mais sur la durée de vie du système, la moyenne annuelle sera très proche du résultat du modèle (hors dégradation ou indisponibilités variables).

Et maintenant ? Vous avez conçu votre système, utilisé une bonne ressource solaire (ou plusieurs pour comparer), obtenu un fichier TMY et généré une valeur de production annuelle en MWh. Vous pouvez donc construire le projet, non ? Oui, mais pas si vous souhaitez le financer. Le simple chiffre P50 ne suffit pas.

Lorsque vous financez un projet, la banque ou l’organisme de financement s’attend à un retour sur investissement avec un haut niveau de certitude. Un pile-ou-face sur la production annuelle ne les rassure pas. Heureusement, on peut utiliser la probabilité pour déterminer un chiffre plus sûr à présenter aux banques. Beaucoup exigent des “valeurs P90 ou P99”. P90 signifie qu’il y a 90 % de chances que la production réelle soit supérieure ou égale à ce chiffre (10 % en dessous). P99 signifie 99 % au-dessus, 1 % en dessous.

Il existe deux méthodes pour obtenir un P90/P99 à partir d’un P50. La première consiste à utiliser les données météo historiques et exécuter plusieurs modèles pour obtenir un TMY alternatif.
La seconde est d’utiliser les données météo et le P50, puis les convertir en P90 et P99 en utilisant un modèle dit de Genève, largement accepté dans l’industrie. Celui-ci utilise le GHI (Global Horizontal Irradiance) pour calculer la variabilité, suppose une distribution normale (gaussienne), puis utilise la valeur P50 et l’écart-type pour calculer les valeurs P. Les deux méthodes fonctionnent et sont considérées comme banquables.

En conclusion, même si ces modèles ne permettent pas de prédire un jour ou une année spécifique avec précision, ils permettent une grande précision sur plusieurs années. Les valeurs P50 sont utilisées par les gestionnaires d’actifs comme objectif de production. Les valeurs P90 et P99 sont utilisées par les équipes de financement et les banques, car elles offrent une meilleure sécurité sur le rendement attendu.

A propos de l’auteur

Rocco Fucetola est directeur des opérations (COO) chez Solesca. Solesca fournit des logiciels en amont de la conception (pré-CAD) pour les projets solaires commerciaux, industriels (C&I) et au sol. L’entreprise a contribué à l’évaluation de plus de 100 GW de projets.

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