Optimiser les systèmes de suivi solaire grâce à des capteurs d'inclinaison de haute précision
Les capteurs d'inclinaison ont un effet notable sur la production des centrales solaires (CSP) et sont donc couramment utilisés pour le suivi solaire. Bien que l'importance du suivi solaire et le gain de production qu'il apporte soient avérés, beaucoup de confusion règne sur le fonctionnement de ce système et sur les gains attendus. Nous recevons souvent de nombreuses questions sur l'efficacité des capteurs d'inclinaison pour le suivi solaire et sur leurs avantages. Cet article tente d'y répondre.
L'importance du suivi solaire
Dans une centrale solaire, la puissance produite dépend de l'orientation des panneaux par rapport au soleil. Au-delà d'un certain désalignement, la production chute fortement. Plus précisément, la production des panneaux diminue comme le cosinus de l'angle entre le rayonnement incident et le panneau.
On croit à tort que l'essentiel de l'énergie solaire n'est disponible qu'à midi. En réalité, plusieurs études ont montré que la puissance disponible tôt le matin et en soirée représente environ la moitié de celle disponible à midi. De plus, l'angle d'inclinaison auquel on peut attendre la puissance maximale dépend aussi du lieu (latitude) et de la saison. Sans suivi solaire, la majeure partie de cette énergie est perdue à cause du désalignement entre les rayons du soleil et les capteurs.
Dans des pays comme l'Inde, l'énergie solaire est abondante la majeure partie de l'année. Mais dans d'autres régions du globe, la faible disponibilité de l'énergie solaire fait que l'absence de système de suivi solaire entraîne une production médiocre et donc de longs délais de retour sur investissement. Même dans des régions comme l'Inde, le suivi solaire peut améliorer nettement la production et permettre de récupérer rapidement les investissements consentis.
Le suivi solaire peut améliorer la production des centrales solaires de 10 à 25 %, selon le lieu et les conditions météorologiques. En cas de contrainte d'espace, les systèmes de suivi solaire permettent d'obtenir une production plus élevée.
Types de suivi solaire
Le suivi solaire peut se faire de deux manières : à un axe (élévation seulement) et à deux axes (élévation et azimut).
Suivi solaire à un axe
Dans le suivi solaire à un axe, à l'aide de capteurs d'inclinaison, les capteurs solaires ne sont déplacés que pour suivre l'élévation du soleil. Ainsi, si le soleil se déplace horizontalement dans le ciel, les panneaux ne sont pas réorientés vers lui.
Les capteurs d'inclinaison utilisés pour le suivi à un axe sont généralement des capteurs d'inclinaison à un axe. La production obtenue avec le suivi solaire à un axe est certainement supérieure à celle sans système de suivi, mais un peu inférieure à celle d'un système de suivi à deux axes.
Dans le suivi solaire à deux axes, l'angle d'élévation comme l'angle d'azimut (horizontal) sont commandés pour que le capteur soit toujours orienté précisément vers le soleil. Les capteurs d'inclinaison utilisés pour le suivi solaire à deux axes sont capables de détecter l'inclinaison en deux dimensions. Bien que les systèmes de suivi solaire à deux axes soient plus coûteux que ceux à un axe, le gain de production obtenu justifie la dépense supplémentaire.
Le rôle des capteurs d'inclinaison dans le suivi solaire
Même si différentes techniques peuvent servir au suivi solaire, les capteurs d'inclinaison sont probablement la technologie la plus répandue pour cette application.
Une autre technologie utilisée pour le suivi solaire est celle des codeurs optiques. Un codeur optique comporte un disque percé de fentes de tailles et de formes différentes, à des angles différents. L'impulsion lumineuse qui traverse cette fente est surveillée pour déterminer l'angle d'orientation. Lorsque le moteur fait tourner l'arbre, le disque tourne aussi, et l'impulsion lumineuse varie en conséquence. Cette variation sert à déterminer l'angle de rotation. Dans le cas d'un suivi à deux axes, deux moteurs distincts sont utilisés et deux codeurs optiques sont installés pour calculer l'élévation et l'azimut.
Qu'est-ce qui fait des capteurs d'inclinaison un choix préféré pour cette application, par rapport à d'autres technologies comme les codeurs optiques ?
Voici quelques caractéristiques des capteurs d'inclinaison qui en font un choix parfait pour cette application.
Les capteurs d'inclinaison sont compacts, faciles à installer et à utiliser, et abordables. Leur coût est nettement inférieur aux gains qu'ils procurent, ce qui justifie leur emploi pour cette application. En revanche, les codeurs optiques sont difficiles à installer, et des désalignements lors de l'installation peuvent produire une erreur permanente en sortie s'ils ne sont pas corrigés.
Les capteurs d'inclinaison fournissent une sortie numérique qui peut être envoyée directement aux contrôleurs pour commander réellement l'orientation des capteurs solaires. La sortie reste précise dans le temps. Les codeurs optiques étant des capteurs d'angle relatif, leur fonctionnement dans la durée peut introduire une petite erreur en sortie, qui peut augmenter progressivement.
Les capteurs d'inclinaison sont robustes et supportent donc la chaleur, la pluie et d'autres conditions météorologiques extrêmes. Comparés aux capteurs d'inclinaison, les codeurs optiques comportent des pièces mobiles et sont donc soumis à l'usure. La poussière et la saleté affectent également leurs performances.