Beaucoup s'étonnent que les panneaux solaires fonctionnent mieux par temps froid. Une belle journée d'hiver claire et froide peut donner l'une des puissances instantanées les plus élevées que connaît une centrale dans l'année. Les climats froids apportent aussi la neige, des jours courts et des conditions rudes pour le matériel. Cet article explique ce que le froid fait à la performance photovoltaïque (PV), ce que fait la neige, et comment mesurer les deux.
Pourquoi les modules froids produisent davantage
La tension d'une cellule solaire augmente lorsque sa température baisse. Les fiches techniques des modules expriment cela par un coefficient de température de la puissance : pour les modules au silicium cristallin, il se situe généralement entre −0,3 % et −0,5 % par °C, mesuré à partir de la condition d'essai standard de 25 °C de température de cellule. C'est le signe qui compte : chaque degré en dessous de 25 °C ajoute de la puissance, chaque degré au-dessus en retire.
Prenons un module de coefficient −0,4 %/°C. Par une journée chaude, avec des cellules à 60 °C, il perd environ 14 % de sa puissance nominale à cause de la chaleur seule. Par une journée froide et ensoleillée, avec des cellules à 0 °C, il gagne environ 10 %. C'est un écart d'environ un quart de la production pour le même ensoleillement.
Le même effet a une conséquence de conception. Comme la tension augmente par temps froid, la tension de chaîne lors de la matinée la plus froide de l'année est la plus élevée que le système connaîtra. Les longueurs de chaîne doivent être conçues pour que cette tension reste dans les limites de l'onduleur et des modules.
Pourquoi les lieux froids peuvent malgré tout décevoir
- Jours courts et soleil bas : aux hautes latitudes en hiver, le soleil est bas, les jours sont courts et l'énergie disponible par jour est faible, même si chaque heure de soleil est utilisée efficacement.
- Couverture de neige : un module recouvert de neige produit peu ou rien. La vitesse à laquelle la neige glisse dépend de l'inclinaison, du cadre et de la température.
- Glace et givre : une fine couche sur le verre diffuse la lumière avant qu'elle n'atteigne les cellules.
- Contraintes sur le matériel : l'électronique, les câbles, les batteries et les pièces mécaniques ont tous des températures minimales de fonctionnement, et les cycles répétés de gel et de dégel sont durs pour les joints et les structures.
Pourquoi la neige peut aussi aider
La neige fraîche au sol réfléchit l'essentiel de la lumière du soleil qu'elle reçoit, bien plus que l'herbe ou la terre. Cette lumière réfléchie accroît l'irradiance qui atteint les modules inclinés, et elle profite surtout aux modules bifaciaux, qui captent aussi la lumière sur leur face arrière. En altitude, où l'air est plus mince et souvent plus clair, l'irradiance peut aussi être élevée. L'association de cellules froides, d'un ciel lumineux et d'une neige réfléchissante explique pourquoi des sites froids et ensoleillés peuvent afficher d'excellentes performances les bons jours.
Mesurer ce que fait le froid
Pour savoir si une centrale en climat froid fonctionne comme elle le devrait, son propriétaire doit séparer la météo de la centrale. Cela exige une station de surveillance météorologique qui mesure :
- l'irradiance sur l'horizontale et dans le plan des modules, et sur la face orientée vers le sol lorsque les modules sont bifaciaux ;
- la température des modules, qui, par temps froid et venteux, peut être très éloignée de la température de l'air ;
- la température de l'air, l'humidité et le vent ;
- l'encrassement, neige comprise : un système de mesure de l'encrassement compare un module de référence propre à un module exposé, et montre ainsi combien d'énergie la neige ou la poussière coûte.
Le matériel doit survivre aux conditions qu'il mesure. Les stations de surveillance météorologique d'Aeron sont spécifiées pour fonctionner de −40 °C à +80 °C, et ses capteurs de température de module Rigel 2 mesurent à partir de −40 °C avec un élément PT1000 de classe A selon la norme IEC 60751.
Un exemple en climat froid : la Mongolie
Aeron a fourni la station de surveillance météorologique d'une centrale solaire de 5 MW avec 3,6 MWh de stockage par batteries en Mongolie, présentée comme la première centrale solaire du pays avec stockage par batteries, construite dans le cadre du « Upscaling Renewable Energy Sector Project ». La température annuelle moyenne en Mongolie est d'environ 0,2 °C, avec des moyennes hivernales de −10 °C à −30 °C ; les capteurs et accessoires ont donc été choisis pour ces conditions.
La station mesure l'irradiance globale horizontale et dans le plan du champ, la température des modules et de l'air, l'humidité, la vitesse et la direction du vent, et l'encrassement dû à la poussière comme à la neige, avec un système de détection de la foudre. Un enregistreur de données Aeron Xtreme XG-930 lit les capteurs avec son convertisseur 24 bits et envoie les données au SCADA de la centrale par Modbus TCP. Les données permettent aussi au propriétaire d'étudier comment la couverture de neige affecte la production. La station a été déployée en juin 2022. Lisez l'étude de cas de la Mongolie.
En bref
Le froid est bon pour les cellules et dur pour tout le reste. Les centrales en climat froid peuvent très bien fonctionner, mais seulement si leur conception tient compte des tensions élevées par temps froid, si leur matériel est prévu pour ces températures, et si leurs propriétaires mesurent assez bien l'irradiance, la température des modules et les pertes dues à la neige pour distinguer un problème de météo d'un problème de centrale. Pour discuter de la surveillance d'une centrale en climat froid, contactez notre équipe.
