Une station météorologique automatique (AWS) mesure la météo en un point donné, jour et nuit, sans que personne ne relève les instruments à la main. Dans une centrale solaire, ces mesures servent de référence pour juger la production : si le soleil était faible, une production basse est attendue ; si le soleil était fort et la production basse, quelque chose ne va pas. Cet article passe en revue les éléments d'une station du type de celles qu'Aeron conçoit pour les centrales solaires et éoliennes, et le rôle de chacun.
Ce que doit faire une station
Toute station météorologique automatique remplit quatre fonctions : détecter les conditions, transformer les signaux des capteurs en valeurs numériques au bon moment, conserver ces valeurs en sécurité et les envoyer là où les équipes peuvent les utiliser. Pour les centrales solaires, la référence internationale est la norme IEC 61724-1:2021, qui définit ce qu'un système de surveillance doit mesurer et classe les systèmes en classes A, B et C selon leur précision. La classe A est la plus exigeante et celle que les prêteurs et les ingénieurs indépendants demandent le plus souvent pour les centrales à l'échelle industrielle.
1. Les capteurs
Les capteurs sont choisis en fonction de ce que la centrale doit savoir. Pour une centrale solaire, l'ensemble habituel est le suivant :
- Irradiance : les pyranomètres mesurent le rayonnement solaire reçu sur une surface horizontale (irradiance globale horizontale, GHI) et dans le plan des modules (plan du champ, POA, ou irradiance globale inclinée, GTI). Les centrales à modules bifaciaux ajoutent des capteurs orientés vers le sol pour mesurer l'albédo et l'irradiance en face arrière.
- Température des modules : un capteur collé à l'arrière d'un module, tel que le Rigel 2 d'Aeron avec son élément PT1000, car la puissance d'un module diminue lorsqu'il chauffe.
- Température de l'air et humidité relative : une sonde, généralement placée dans un abri anti-rayonnement, comme le capteur de température de l'air et d'humidité relative d'Aeron (incertitude de mesure de ±0,2 °C et de 1 % HR, sortie Modbus RS485).
- Vitesse et direction du vent : pour le refroidissement des modules, les décisions de mise en sécurité des trackers et la sûreté.
- Précipitations : utiles pour comprendre le nettoyage naturel des modules.
- Encrassement : un système de mesure de l'encrassement compare un module de référence propre à un module laissé à la poussière, afin de montrer combien d'énergie la saleté coûte. Le système de mesure de l'indice d'encrassement d'Aeron le fait à partir du courant de court-circuit des deux modules, avec une résolution de 0,01 % sur l'indice d'encrassement.
Les centrales éoliennes utilisent un autre ensemble sur un mât de mesure : anémomètres et girouettes à plusieurs hauteurs, température de l'air, humidité et pression, mesurés selon la norme IEC 61400-12-1.
2. L'enregistreur de données
L'enregistreur de données est le cerveau de la station. Il lit chaque capteur, convertit les signaux analogiques en valeurs numériques, les horodate et les stocke. Sa qualité compte autant que celle des capteurs : un pyranomètre très précis lu par un convertisseur bruité donne des données bruitées.
L'enregistreur de données Xtreme d'Aeron, par exemple, utilise un convertisseur analogique-numérique 24 bits avec plus de 20 bits effectifs, échantillonne à 1 Hz et peut enregistrer à des intervalles descendant jusqu'à une seconde. Il lit les capteurs par SDI-12, RS232 et Modbus RS485, et garde son horloge à l'heure grâce à un récepteur GPS intégré, de sorte que chaque mesure de chaque station d'une centrale porte un horodatage comparable. C'est important lorsque les mesures sont comparées minute par minute aux données des onduleurs et des compteurs.
3. Le stockage
Une station ne doit pas perdre de données lorsque sa connexion tombe. Les stations d'Aeron conservent les mesures dans 8 GB de mémoire interne au format CSV, avec un emplacement micro-SD pouvant accueillir jusqu'à 32 GB supplémentaires, ce qui suffit pour plus de cinq ans d'enregistrements. Lorsque la connexion revient, la période manquante peut être renvoyée.
4. La communication
La station envoie ses mesures au système SCADA de la centrale, à une plateforme cloud, ou aux deux. Les voies courantes sont Modbus sur TCP/IP vers le SCADA, et Ethernet, Wi-Fi ou 4G LTE vers le cloud. Lorsqu'un équipement ancien n'a qu'un port série, une passerelle comme la FLINT WDG85 d'Aeron peut acheminer ses données en 4G.
5. L'alimentation et le montage
Les stations fonctionnent en continu en extérieur, souvent loin d'une prise pratique ; elles sont donc généralement alimentées par un petit panneau solaire et une batterie, ou par l'alimentation auxiliaire de la centrale. Le mât, les bras et le montage de chaque capteur font aussi partie de la mesure : un pyranomètre à l'ombre une heure par jour, ou un capteur de température de module qui s'est détaché, donne des valeurs erronées sans aucun message d'erreur. La norme IEC 61724-1 fixe donc des règles d'emplacement, d'alignement et de nettoyage, en plus de celles qui concernent les instruments.
6. Le logiciel
Enfin, quelqu'un doit consulter les données. Une plateforme comme Live3 affiche chaque station sur une carte avec son état, calcule des valeurs comme le ratio de performance à partir de chaque mesure et déclenche une alerte lorsqu'une valeur reste hors plage ou qu'une station cesse de transmettre, de sorte qu'un problème est détecté en quelques heures plutôt qu'à la fin du mois.
Mise en commun
Une station ne vaut que par son maillon le plus faible. Des capteurs précis exigent un enregistreur précis, un enregistreur exige une horloge et un stockage fiables, et le tout exige une installation correcte, un nettoyage régulier et un étalonnage. Lorsque tout cela est en place, la station donne au propriétaire d'une centrale une réponse fiable à la question qui compte le plus : compte tenu de la météo, la centrale a-t-elle produit ce qu'elle aurait dû produire ?
Aeron conçoit et construit des systèmes de surveillance météorologique depuis 2010. Pour discuter d'une station pour votre centrale, contactez notre équipe ou consultez Les WMS pour centrales solaires PV.
