Albédo de surface - questions les plus fréquentes

En raison de l'impact de l'albédo de la surface sur les calculs de rendement photovoltaïque, en particulier pour les systèmes bifaciaux, l'intérêt pour ce paramètre s'est accru. Voici les questions les plus fréquentes que nous recevons et les réponses correspondantes :

Pourquoi les développeurs solaires envisagent-ils d'utiliser des modules bifaciaux pour leurs projets ?

Lesmodules photovoltaïques bifaciaux ne sont pas une technologie nouvelle, mais ils gagnent en popularité parmi les développeurs de projets. Les modules bifaciaux offrent plusieurs avantages par rapport aux modules monofaciaux :

1. Gain bifacial - sans modification du système, on peut s'attendre à des rendements plus élevés. Une modification de la conception (hauteur accrue, espacement des rangées, type de construction....) est nécessaire pour optimiser le gain.
2. Prix - les modules bifaciaux sont à peine plus chers que les modules monofaciaux. Cependant, le gain bifacial compense généralement l'augmentation du coût des panneaux

Quels sont les facteurs qui influencent le gain bifacial ?

Il existe quelques facteurs majeurs qui influencent le gain bifacial. Pour tirer le meilleur parti de vos modules bifaciaux, vous devez prendre en compte les facteurs suivants :

• L'albédo de la surface (examiné plus en détail)
• La hauteur d' installation des panneaux - plus elle est élevée, mieux c'est. Le NREL recommande une hauteur d'au moins 0,5 m au-dessus du sol. Au-delà de 3 mètres, l'impact est très faible. Toutefois, cela augmente le coût de l'installation
• Espacement des panneaux - plus ils sont larges, mieux c'est, mais là encore, ils sont plus chers et moins populaires
• Angle d'inclinaison - angle d'inclinaison légèrement plus élevé que l'angle optimal pour les panneaux monofaciaux, en fonction des conditions locales

Que représente l'albédo de surface ?

L'albédo de surface (du mot latin albus, qui signifie blanc) est la mesure de la réflexion diffuse du rayonnement solaire du sol vers l'espace d'incidence. Il est sans dimension et se mesure sur une échelle allant de 0 (une surface noire qui absorbe tout le rayonnement) à 1 (une surface qui réfléchit 100 % du rayonnement reçu vers l'espace d'incidence). Ainsi, par exemple, un albédo de surface de 0,2 signifie que la surface réfléchit 20 % du rayonnement reçu.

Cette définition apparemment simple a des implications physiques relativement complexes pour la simulation photovoltaïque. L'albédo n'est pas une propriété constante d'une surface particulière. Il dépend également des paramètres atmosphériques et des conditions d'éclairage. Les valeurs d'albédo varient à différentes échelles temporelles : minute, jour, saison et même interannuelle.

Variation journalière typique de l'albédo (ligne violette) mesurée par temps clair le 2 janvier 2011, à la station BSRN de Bondville (États-Unis) :

Les valeurs d'albédo n'étant pas constantes, une fourchette de valeurs typiques ne peut servir que de première estimation préliminaire:

Comment caractériser l'albédo de surface pour un site particulier ?

Les valeurs historiques de l'albédo de surface sont une donnée essentielle pour une simulation précise du rendement des projets photovoltaïques bifaciaux. Il existe deux façons principales d'obtenir les valeurs historiques de l'albédo pour n'importe quel site dans le monde :

• Laréanalyse climatique fournit des données sur l'histoire récente de l'atmosphère, de la surface terrestre et des océans en combinant des modèles de prévision numérique du temps (PNT) avec des observations. Ces ensembles de données sont constamment mis à jour et peuvent fournir des données maillées à l'échelle mondiale avec une résolution temporelle élevée. Ils fournissent des données sans lacunes, mais la résolution spatiale est faible.
• Les modèles basés sur les satellites utilisent des données provenant de capteurs installés sur des satellites, qui fournissent continuellement de nouvelles informations. L'un des capteurs les plus connus et dont les données dérivées sont largement utilisées est le MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), un instrument capable de couvrir le globe tous les 1 à 2 jours en effectuant des mesures dans 36 bandes spectrales (7 pour l'albédo). La résolution spatiale obtenue est nettement supérieure à celle de la réanalyse, mais les données contiennent des lacunes dues à la présence de nuages persistants et/ou à des échecs dans la détection de la neige.

Pourquoi est-il courant de trouver des lacunes dans les séries temporelles de l'albédo ?

Les événements météorologiques sont souvent accompagnés de nuages et les satellites ne peuvent pas "voir" la surface de la Terre en présence de nuages. En particulier, les lacunes dans les données dues aux chutes de neige sont particulièrement difficiles à combler. Nous avons observé une sous-détection et une surdétection de l'albédo de la neige dans toutes les sources que nous avons vérifiées. Les raisons en sont les suivantes :

• Les algorithmes de filtrage des nuages ne sont pas parfaits et il leur est parfois difficile de faire la distinction entre les nuages et la neige.
• Lechangement des propriétés de la neige au fil du temps : la neige fraîche est très brillante (albédo supérieur à 0,8), mais elle peut sentir mauvais et devenir sale à court terme, et l'albédo peut être aussi bas que 0,5 ou même plus bas.

Pour résoudre ce problème, la stratégie de génération de l'albédo (journalier) est basée sur une moyenne pondérée d'une fenêtre temporelle de 16 jours centrée sur le jour d'intérêt. Cette approche, suivie par les produits MODIS basés sur les satellites, permet de combler partiellement les lacunes.

Cependant, dans certaines régions et à certains moments de l'année, cela n'est pas possible en raison de la forte persistance des nuages. Dans de tels cas, pour combler complètement les lacunes, nous devons prendre en compte des sources supplémentaires telles que :

• des produitssatellitaires complémentaires
• des données supplémentaires issues de la réanalyse

En combinant différentes sources, nous voulons atteindre un équilibre optimal entre la précision et la représentation spatiale.

Quelles sont les recommandations pour une caractérisation complète de l'albédo et la validation des estimations basées sur les satellites ?

Plusieurs années de données sont nécessaires pour saisir toute la variabilité temporelle de l'albédo de surface d'un site particulier. Il est également très intéressant de disposer d'informations sur l'utilisation des terres sur ce site particulier afin d'interpréter tout changement dans les données et d'évaluer la représentativité de la zone couverte.

L'albédo de surface peut être mesuré à l'aide d'un albédomètre, une combinaison de deux pyranomètres individuels - optimalement identiques - orientés vers le ciel en position horizontale, comme c'est habituellement le cas pour mesurer le GHI (Global Horizontal Irradiance), et orientés vers le sol pour le GRI (Global Reflected Irradiance). Le quotient des deux grandeurs est l'albédo de la surface.

Albédomètre Hukseflux SRA11

Bien que l'installation du capteur dans le POA (plan du réseau) soit utile pour connaître le GTI (Global Tilted Irradiance) reçu à l'arrière des panneaux, l'albédo de surface ne peut pas être mesuré dans cette position.

Les mesures d'albédo au sol, qui ne couvrent que quelques jours, ne sont pas suffisantes pour permettre une comparaison solide entre les albédomètres et les données satellitaires. Pour couvrir l'ensemble du comportement saisonnier, nous recommandons de mesurer l'albédo sur une période d'au moins un an. Une période de mesure légèrement plus courte peut être envisagée en fonction de l'emplacement.

Solargis fournit-il des valeurs d'albédo de surface ?

Oui, Solargis a préparéune base de données d'albédo adaptée aux besoins de l'industrie de l'énergie solaire. La base de données a été préparée en filtrant les sources disponibles (provenant à la fois de sources satellitaires comme MODIS et NWP comme ERA5), en les combinant correctement, en appliquant des méthodes de mise à l'échelle et en effectuant des corrections supplémentaires. Les données sont disponibles via les produits Solargis Prospect (en tant que nouvelle fonctionnalité du Plan Professionnel) et Evaluate (en tant qu'add-on aux séries temporelles Professionnelles) :

A gauche, représentation de la base de données d'albédo de surface à basse résolution avec des lacunes. À droite, représentation de la base de données d'albédo de Solargis :

Tableau avec une description des produits de données d'albédo offerts par Solargis :

Vous pouvez en savoir plus sur les spécifications techniques des produits albédo de Solargis ici : https://kb.solargis.com/docs/satellite-based-albedo-data

Quelle est la précision de la base de données albédo de Solargis ?

La base de données albédo de Solargis a été validée à l'aide de mesures au sol. A la date de publication de ce texte, nous avons validé la base de données sur 8 sites à travers les Etats-Unis appartenant aux réseaux de stations terrestres AMERIFLUX et SURFRAD. La période d'évaluation utilisée est de cinq ans, de 2011 à 2015.

Après comparaison, les résultats de la validation de l'albédo de Solargis par rapport aux données mesurées au sol sont les suivants (en termes d'incertitude estimée) :

La base de données Solargis a obtenu le biais le plus faible par rapport à d'autres sources de données (certaines d'entre elles ayant été utilisées comme données d'entrée pour la base de données). Une validation supplémentaire et un ajustement local des valeurs fournies par la base de données peuvent être effectués si des mesures au sol suffisantes sont disponibles sur le site du projet.

Existe-t-il des différences entre les moyennes mensuelles de l'albédo de Solargis Prospect et les moyennes calculées à partir des séries temporelles de l'albédo de Solargis Evaluate ?

Les moyennes des séries temporelles de l'albédo de Solargis(Evaluate) peuvent ne pas coïncider avec les moyennes mensuelles de l'albédo de Solargis(Prospect). Les raisons en sont les suivantes :

• Dans le produit des séries temporelles quotidiennes, les lacunes dans les données ne sont pas comblées
• Dans le produit des moyennes mensuelles, les lacunes sont comblées avant de calculer les moyennes afin d'obtenir une meilleure représentation statistique ; nous avons également utilisé différents produits MODIS basés sur des satellites et la résolution finale est plus faible.

Représentation des moyennes mensuelles d'albédo de Solargis pour un site échantillon de la Plataforma Solar de Almería, Espagne :

Représentation des séries temporelles Solargis de l'albédo pour le même lieu d'échantillonnage à Plataforma Solar de Almería, Espagne :

Si vous souhaitez demander votre échantillon de données d'albédo Solargis, ou si vous avez des questions, veuillez nous contacter.