Branislav Schnierer
Mar 1, 2021
Il y a dix ans, un projet photovoltaïque moyen était une affaire relativement simple, comprenant 10 MW de modules fixes et monofaciaux. Le marché a beaucoup évolué depuis. Aujourd'hui, les fermes solaires typiques approchent les 100 MW et peuvent utiliser une gamme de technologies telles que les modules bifaciaux, les modules à suivi intelligent et les modules flottants, créant ainsi de nouvelles possibilités pour une production d'énergie plus efficace.
Les concepteurs d'installations solaires disposent d'un champ d'action plus large que jamais pour créer des projets optimisés. Mais la complexité croissante de projets plus vastes et plus variés sur le plan technologique exige une conception plus intelligente que jamais. Pour ajouter à la pression, l'environnement de marché de plus en plus concurrentiel à l'échelle mondiale signifie que la marge d'erreur est faible pour les développeurs de projets solaires.
Pour les projets de plus grande envergure, au niveau du gigawatt, ces défis sont amplifiés. Les attentes des investisseurs sont plus élevées, les risques techniques sont plus importants et le projet est plus exposé aux conditions environnementales qui ont un impact sur les performances.
Pour doter les concepteurs de projets solaires des outils dont ils ont besoin pour exploiter tout le potentiel du "mégaprojet" moderne, les développeurs ont besoin du logiciel adéquat. Grâce à une technologie de simulation avancée, ils peuvent identifier la meilleure configuration de modules et s'assurer qu'un projet génère la plus grande quantité d'énergie pour le coût le plus bas. Cependant, les progrès des logiciels n'ont souvent pas réussi à suivre le rythme de la prolifération rapide des types de projets et des technologies de modules.
Et surtout, cette diversité accrue met à rude épreuve les hypothèses clés formulées par les concepteurs de projets, notamment en ce qui concerne la solidité des données qu'ils utilisent.
Dans cet épisode des "douleurs de croissance", nous allons explorer les ingrédients d'un projet solaire à grande échelle rentable et donner aux développeurs de projets solaires les moyens d'utiliser les données pour renforcer la résilience dans la conception de leurs projets.
L'évolution vers des projets de plus en plus grands a été accompagnée - et soutenue - par des réductions de coûts significatives et des avancées dans la technologie des modules photovoltaïques. Ces dernières années, les tendances suivantes ont été des moteurs de croissance particuliers :
Cependant, ces tendances entraînent également de nouveaux défis techniques pour les concepteurs de projets. Par exemple, la réduction des pertes thermiques due à l'effet de refroidissement de l'eau pour les installations solaires flottantes n'est pas encore bien comprise. Les concepteurs doivent également prendre en compte de nouvelles variables telles que la température de l'eau et la hauteur des vagues.
Fondamentalement, le problème auquel les concepteurs sont confrontés lorsqu'ils cherchent à permettre le déploiement efficace de nouvelles technologies passionnantes pour de nouveaux projets solaires est le manque de données appropriées. Malheureusement, la majorité des ensembles de données gratuits ou peu coûteux ne tiennent pas compte de la gamme élargie de paramètres environnementaux qui ont un impact sur les performances de ces systèmes.
Les éléments clés à prendre en compte lors de l'évaluation de la pertinence des ensembles de données pour ces technologies sont les suivants :
Il s'agit là de données essentielles qui doivent être intégrées dans les logiciels de simulation et les outils de conception de projets, avant que le potentiel de ces technologies ne puisse être pleinement exploité.
De meilleures données sur l'environnement et les ressources permettront également aux développeurs de valider et de vérifier de manière indépendante les affirmations des fabricants de modules bifaciaux et de systèmes de suivi. De nombreux outils logiciels indépendants ne sont pas aussi précis que ceux utilisés par les fabricants, de sorte que les développeurs solaires font souvent confiance aux statistiques sans avoir la possibilité d'interroger ce qu'on leur dit.
Dans ce contexte, il est clair que les normes de données dans l'ensemble du secteur doivent être améliorées, afin de donner aux développeurs et aux concepteurs les connaissances dont ils ont besoin pour tirer le meilleur parti des avancées technologiques.
Plus un projet est important, plus les enjeux financiers sont élevés. La sous-performance coûte plus cher. Les dommages sont plus coûteux à réparer. L'abandon des tarifs de rachat et des subventions au profit d'un marché marchand soutenu par des contrats d'achat d'électricité a accru le risque encouru par les promoteurs, ce qui a conduit à des enchères plus agressives et à une réduction des marges.
En outre, bien que les coûts unitaires aient chuté d'environ 70 % par rapport à il y a dix ans, avec environ 500 000 dollars d'investissement par MW aujourd'hui contre 2 millions de dollars par MW à l'époque, les dépenses d'investissement (CAPEX) ont été multipliées par 3 au fur et à mesure que les projets s'étendent. Cela signifie que les risques financiers liés au développement et à l'exploitation d'un projet solaire ne sont pas moins importants.
Un projet solaire réussi a un bon retour sur investissement pour les investisseurs. Un projet mal conçu peut devenir un handicap.
La sous-estimation de la production future au cours de la phase de conception peut entraîner des difficultés techniques importantes au cours de la phase d'exploitation, augmentant le risque de pannes coûteuses des modules et des onduleurs. Une surestimation conduira à une sous-performance constante, entraînant des pertes financières pendant les périodes où l'irradiation solaire est inférieure à la normale.
En s'assurant que des données précises sur les ressources sont utilisées à tous les stades de la conception du projet, les développeurs peuvent minimiser leur exposition aux risques financiers et en tirer profit :
L'utilisation de données fiables sur les ressources dans la conception d'un projet joue un rôle important dans l'atténuation des risques techniques et financiers d'une installation solaire à grande échelle. Mais qu'entend-on par "fiable" dans la pratique ? Et quelles sont les variables à prendre en compte ?
D'une manière générale, des données plus précises utilisées dans la phase de conception du projet se traduiront par un projet plus rentable. Des simulations bien informées et des configurations de conception réellement optimisées pour les projets à grande échelle requièrent des données solaires et météorologiques clés - plus elles sont à jour et granulaires, mieux c'est. Il s'agit notamment des paramètres suivants
Les meilleurs projets sont conçus en tenant compte de toutes les données environnementales possibles, même au stade de la préfaisabilité, puis en maintenant une continuité dans l'utilisation des outils de données aux stades de la conception, du développement et de l'exploitation. On obtient ainsi une banque de données à chaque étape du projet, qui peut être utilisée pour analyser les conditions actuelles afin d'améliorer la prise de décision.
En fin de compte, cela permet d'économiser du temps et des ressources tout en améliorant la fiabilité à long terme. La durée de vie d'un projet peut être prolongée par une conception efficace, un dimensionnement adéquat des composants, une optimisation de la construction et de l'exploitation, et une maintenance préventive. Tout cela repose sur des données précises.
Comme nous l'avons mentionné, le secteur solaire a connu une augmentation de la diversité des projets. Au stade de la conception, plusieurs options différentes sont disponibles. La sélection de la meilleure conception implique l'exécution de milliers de simulations pour identifier la configuration optimale.
La majorité des outils de bureau actuellement disponibles pour les développeurs de projets n'ont pas la capacité d'effectuer le nombre de simulations nécessaires à l'optimisation de la conception. Les outils d'optimisation de la conception basés sur le cloud le font souvent, mais ils s'appuient généralement sur des ensembles de données sous-optimales à faible résolution, couvrant une période de temps limitée, avec une validation insuffisante et une faible fiabilité. Il est essentiel d'introduire dans les outils de conception des projets une source de données validée, à haute résolution et bancable.
Des données inexactes peuvent inciter les concepteurs à opter pour une combinaison particulière de technologies plutôt que pour une autre option plus appropriée. Les décisions prises par les développeurs au stade de la conception déterminent la rentabilité sur la durée de vie du projet - et pour l'énergie solaire à grande échelle, même une augmentation de 1 % de la production peut avoir un effet considérable sur la rentabilité.
L'avenir de la conception de projets solaires à grande échelle repose sur l'adoption d'outils logiciels avancés qui peuvent travailler efficacement avec des données de séries à temps plein pour simuler et visualiser les résultats. L'accès à des outils statistiques et cartographiques sera également essentiel pour garantir la prise en compte de tous les facteurs pertinents et de toutes les conditions météorologiques.
Les concepteurs de projets seront également aidés à l'avenir par des outils de simulation adaptatifs, capables de fournir des résultats préliminaires rapides en cas de besoin, ou une simulation complète et détaillée intégrant plusieurs ensembles de données.
L'augmentation de la taille des projets solaires jouera un rôle clé dans la création d'économies d'échelle qui permettront au secteur de rester compétitif. Il est essentiel de veiller à ce que cette opportunité ne soit pas gâchée. Pour ce faire, il faut doter les concepteurs de projets solaires des outils de données dont ils ont besoin pour réaliser des projets optimisés et rentables.
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L'arrivée d'onduleurs intelligents et plus efficaces a modifié les calculs effectués lors de la conception d'un projet. Les mégaprojets repoussent déjà les limites de ce qui est possible avec les composants existants. Les enchères de plus en plus concurrentielles ont incité les développeurs à rechercher des gains d'efficacité supplémentaires et à tirer le meilleur parti de la technologie actuelle.
Par exemple, les onduleurs convertissent l'électricité produite par les modules solaires en courant continu en courant alternatif. Le rapport DC/AC idéal est d'environ 1,05 - 1,15, selon les spécifications de l'onduleur, afin de maximiser ses performances. En utilisant moins d'onduleurs, les projets peuvent modifier le rapport de puissance, de sorte que l'installation fournisse plus d'énergie utile au réseau. Cependant, lorsque les rapports CC/CA se rapprochent de 1,5, les projets à grande échelle peuvent tester les limites des onduleurs.
Cette stratégie permet de contrer les réductions d'efficacité dues au vieillissement des modules ou de compenser partiellement la variabilité à court terme des ressources solaires. Au début du cycle de vie du projet, il peut en résulter un "écrêtage", qui consiste à couper l'énergie excédentaire pendant les heures de pointe. Cette situation est acceptable jusqu'à un certain niveau, car elle se traduit par une production supplémentaire pendant les heures creuses. Toutefois, au-delà de ces niveaux, il y a surcharge, ce qui est difficile à gérer pour les onduleurs. Dans les cas extrêmes, les onduleurs peuvent être endommagés et le projet risque de subir des réductions et des pénalités de réseau.
Des données et des prévisions précises et à haute résolution sur les ressources sont essentielles pour permettre une conception efficace à cette marge finement équilibrée. Les propriétaires de projets peuvent ainsi comprendre les pertes potentielles au niveau d'une ou de cinq minutes, et s'assurer que les chiffres de production prévus aux heures de pointe sont corrects.
