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Analyse de l'ombrage inter-rangs et conception de l'espacement des rangs

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Guide des systèmes de montage solaire avec ombrage entre les rangées : quelle configuration convient, quels sont les facteurs qui influencent le coût par watt et quelles preuves de qualité exiger avant d’acheter ?.

Analyse de l'ombrage inter-rangs et conception de l'espacement des rangs

L'espacement entre les rangées correspond à l'orientation des panneaux solaires par rapport au soleil. Un espacement trop faible entraîne un ombrage mutuel entre les rangées aux heures de lever et de coucher du soleil, ainsi qu'en hiver, et les pertes ne sont pas linéaires. À l'inverse, un espacement trop important engendre des coûts fonciers et des dépenses d'équipement inutiles.

L'analyse de l'ombrage inter-rangées est la méthode qui quantifie cet échange heure par heure tout au long de l'année. Correctement réalisée, elle permet de calculer un espacement entre les rangées qui tient compte de la latitude du site, du format des modules, de l'inclinaison et du coût de l'énergie ombragée, plutôt que de reproduire un espacement d'un projet antérieur.

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Pourquoi c'est difficile

Les pertes dues à l'ombrage sont fréquemment mal estimées, et les erreurs proviennent du modèle plutôt que de la physique.

  • Les pourcentages d'ombrage annuels masquent le fait que les pertes se concentrent le matin, le soir et pendant les mois d'hiver, périodes où la valeur énergétique peut être supérieure ou inférieure à la moyenne.
  • L'ombrage partiel d'une chaîne de modules engendre des pertes supérieures à celles de la zone ombragée seule, car le courant de la chaîne est limité par la cellule ombragée.
  • Les systèmes à inclinaison fixe et à suivi nécessitent des modèles différents, car le retour en arrière modifie le moment où une rangée masque sa voisine et si oui, lequel.
  • L'ombrage hivernal se comporte différemment de l'ombrage estival sur un même site, et un modèle exécuté sur une seule journée représentative ne le détectera pas.
  • L'espacement des rangs interagit avec le terrain, car une pente modifie la séparation verticale effective entre les rangs adjacents.
  • Le coût non linéaire du resserrement des rangs implique que de petites réductions du pas entraînent des pertes disproportionnées au-delà d'un certain point.

Exigences d'ingénierie

Voici les données d'entrée nécessaires à une analyse d'ombrage inter-rangées.

  • Données horaires d'irradiance et de position du soleil pour le site, couvrant une année complète plutôt que des journées représentatives.
  • La configuration électrique du module, y compris la longueur de la chaîne et la disposition des diodes de dérivation, est importante car les pertes dues à l'ombrage en dépendent.
  • Type de structure et géométrie : angle d’inclinaison fixe ou plage de rotation du tracker, dimensions du module et hauteur de montage au-dessus du niveau du sol
  • La topographie du site, car la pente modifie l'espacement effectif entre les rangs et la géométrie d'ombrage
  • objectif de taux de couverture au sol ou contrainte foncière qui définit la plage de pas autorisée
  • Structure des prix de l'énergie, de sorte que les pertes dues à l'ombrage soient valorisées en fonction de l'heure à laquelle elles surviennent.
Analyse de l'ombrage inter-rangs et conception de l'espacement des rangs - détails d'installation

Recommandations de sélection : modélisez la configuration électrique du module, et non seulement son ombre portée. L’ombre portée relève d’un problème géométrique, tandis que les pertes sont d’ordre électrique et généralement plus importantes.

Comment nous résolvons le problème

  • Modélisation horaire et annuelle de l'ombrage prenant en compte la réponse électrique de la chaîne de modules et non seulement l'ombre géométrique.
  • Modèles spécifiques à la structure : retour en arrière pour les dispositifs de suivi, géométrie dépendante de l’inclinaison pour les réseaux à inclinaison fixe
  • Géométrie adaptée au terrain, de sorte que l'espacement des rangs est évalué en fonction du profil réel du sol plutôt que d'un plan plat.
  • La perte est évaluée en fonction de l'heure et de la saison, de sorte que l'espacement des rangs reflète la valeur de l'énergie perdue.
  • Courbe de pente de rangée présentée sur une plage, montrant où le resserrement entraîne une perte disproportionnée et où l'élargissement cesse d'être rentable
  • Les cas d'hiver et d'été sont signalés séparément, car le cas prédominant est souvent celui d'hiver aux hautes latitudes.

Au-delà de la structure

  • Recommandation concernant l'espacement des rangées, avec la configuration du module et du tracker indiquée, afin que la disposition puisse être vérifiée en cas de modification.
  • Examen du plan d'aménagement par rapport aux limites cadastrales, car la pente optimale théorique peut ne pas correspondre à la parcelle de terrain disponible.

Points de référence

Les projets de référence ci-dessous, de type et d'envergure comparables et documentés publiquement, sont cités à titre d'illustration des pratiques d'ingénierie. Ils ne constituent pas un historique de réalisations.

  • Un projet de 180 MW en Allemagne où la modélisation sur une année complète a montré que l'ombrage des rangées en hiver déterminait l'espacement plutôt que dans le cas de l'été.
  • Un projet de tracker de 250 MW aux États-Unis où le retour en arrière a permis d'éliminer la plupart des ombres à faible angle et d'obtenir un pas plus serré que ne le suggérait le modèle à inclinaison fixe.
  • Un site de 120 MW en Italie, sur un terrain en pente, où l'espacement des rangées ajusté au terrain a modifié l'inclinaison recommandée sur une partie du réseau.

Normes et conformité

  • Cas de charge de vent ASCE 7 / EN 1991 / AS-NZS 1170 avec catégories de terrain spécifiques au site
  • Exigences structurelles des trackers selon la norme IEC 62727 lorsque les structures de suivi sont concernées
  • Documentation de classe de fabrication et d'exécution EN 1090-2 ou AISC 360
  • galvanisation à chaud selon la norme ISO 1461, classification de la corrosivité selon la norme ISO 9223, masse de zinc déterminante
  • Système de management de la qualité ISO 9001:2015, système de management environnemental ISO 14001 sur demande
  • Étude aéroélastique en soufflerie réalisée par un tiers disponible pour les modules grand format

Assurance qualité

Le contrôle qualité repose sur des points de contrôle : vérification de la réception des matières premières, inspection en cours de fabrication des soudures et du positionnement des trous, échantillonnage de l’épaisseur du revêtement et contrôle des conteneurs avant expédition. Chaque point de contrôle génère un document que votre équipe qualité peut archiver, et l’inspection avant expédition est ouverte à votre inspecteur ou à un tiers.

Documents que vous recevez

La traçabilité documentaire est aussi importante que l'acier lui-même. À chaque livraison, vous recevez des certificats d'essais en usine, traçables jusqu'aux numéros de coulée ; des rapports de galvanisation par lot, conformes à la norme ISO 1461 ou à votre norme spécifiée ; des rapports de contrôle dimensionnel des gabarits de pré-assemblage ; la traçabilité des lots de boulons et de quincaillerie ; les plans de récolement lorsque des adaptations ont été apportées au site ; et un document de garantie précisant les cas de charge couverts, la durée de vie nominale et les procédures de réclamation. Tout est indexé, ce qui garantit que votre registre d'actifs ne dépend pas de la mémoire d'un seul ingénieur.

Planification de la durée de vie et de la maintenance

La planification du remplacement fait partie intégrante de la conception : la géométrie des fixations permet le remplacement individuel des modules sans découpe des rails, les têtes de pieux peuvent être rénivelées après tassement et les kits de pièces de rechange sont dimensionnés en fonction de votre classe environnementale et de votre capacité. Ainsi, les travaux de remise en état en milieu de vie sont rapides, prévisibles et indépendants du catalogue de produits du fournisseur d'origine.

Considérations relatives aux coûts et au commerce

  • Le terrain en rangées est l'un des principaux leviers d'action sur la superficie et donc sur le coût du terrain, des routes, du câblage et des clôtures.
  • Un pas de maille serré réduit le coût du terrain et des autres infrastructures, mais augmente les pertes par ombrage, la courbe de perte devenant abrupte au-delà d'un certain point.
  • La configuration des modules et des chaînes influe considérablement sur les pertes ; par conséquent, une étude d’ombrage réalisée sans le modèle électrique sous-estime la pénalité.
  • Le retour en arrière du tracker réduit les pertes à faible angle et permet ainsi un pas plus serré, ce qui représente un avantage économique qu'un modèle à inclinaison fixe ne peut pas démontrer.
  • Le coût de l'étude est faible au regard de la superficie qu'elle détermine, et elle devrait être achevée avant le gel du plan d'aménagement.

Foire aux questions

Combien d'énergie coûte réellement l'ombrage entre les rangées ?
Tout dépend de l'espacement et de la latitude. Avec un espacement généreux, la perte est infime ; à mesure que l'espacement se resserre, la perte augmente, et au-delà d'un certain point, elle croît fortement car l'ombrage se déplace d'une petite partie d'une rangée vers les heures de faible angle qui sont importantes. C'est pourquoi le résultat utile d'une analyse d'ombrage est une courbe plutôt qu'un simple chiffre : elle indique à partir de quel moment l'opération cesse d'être rentable.
Pourquoi l'ombre géométrique ne suffit-elle pas ?
En effet, une chaîne de modules réagit électriquement à l'ombrage, et non géométriquement. Lorsqu'une partie d'un module est ombragée, le courant de la chaîne est limité par les cellules ombragées, ce qui entraîne une perte de puissance disproportionnée par rapport à la surface ombragée. Les diodes de dérivation en récupèrent une partie, d'où l'importance de la configuration de la chaîne. Une étude qui multiplie la surface ombragée par l'éclairement sous-estimera les pertes sur les chaînes concernées.
Le fait de revenir en arrière élimine-t-il le besoin d'une approche généreuse ?
Ce système atténue l'ombrage à faible angle sans toutefois l'éliminer complètement. Le système de rotation inverse les rangées de panneaux solaires afin d'éviter qu'une rangée n'ombrage la suivante, ce qui est particulièrement efficace lorsque le soleil est bas à l'horizon, là où l'ombrage serait autrement maximal. Il permet aux systèmes de suivi solaire de fonctionner avec un angle d'inclinaison plus faible que les structures à inclinaison fixe pour une même perte de luminosité. Cependant, une certaine perte subsiste en hiver et tôt le matin ; le choix de l'inclinaison reste donc une optimisation et non un problème résolu.
Comment la pente influence-t-elle l'inclinaison des rangs ?
En modifiant l'écart vertical effectif entre les rangées adjacentes. Sur une pente, les rangées situées à différentes altitudes présentent des géométries d'ombrage différentes pour une même pente horizontale ; par conséquent, une pente unique appliquée à un terrain en pente engendre des pertes inégales. La modélisation adaptée au terrain produit généralement des pentes spécifiques à chaque zone ou une pente choisie en fonction du scénario le plus défavorable, et le choix entre ces approches est une question de coût.
Par quel ton devrions-nous commencer ?
Commencez par l'analyse d'ombrage plutôt que par un précédent. Une approche raisonnable consiste à exécuter le modèle sur une plage d'inclinaison, à appliquer le prix de l'énergie du site aux pertes horaires et à ajouter le coût du terrain et des autres équipements pour la surface supplémentaire. On obtient ainsi une courbe avec un minimum, et l'inclinaison recommandée se situe à ce niveau ou à proximité. Un précédent issu d'un autre projet n'est valable que si la latitude, le format des modules et le tarif sont similaires.

Guides et pages d'application associés

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Ce que nous devons citer

  • Coordonnées du site et données d'irradiance horaire, ou un emplacement à partir duquel elles peuvent être obtenues.
  • Configuration du module et de la chaîne, y compris la disposition des diodes de dérivation
  • Type de structure, plage d'inclinaison ou de rotation et hauteur de montage du module
  • Levé topographique de la zone constructible

Parlez à un ingénieur en structure

Envoyez-nous l'emplacement du site, la configuration du module et le type de structure, et nous vous renverrons une courbe de pente de rangée montrant la perte d'ombrage par rapport au terrain économisé, avec la pente recommandée.

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