Les performances des systèmes photovoltaïques (PV) dans des conditions nordiques ont été mesurées à l’Université d’Oulu avec deux infrastructures de recherche comprenant un total de 40 panneaux solaires, y compris un système unique de carrousel de panneaux sur le toit du campus de Linnanmaa à des fins de recherche.
Dans les régions nordiques, la production d’énergie solaire est fortement influencée par les saisons, l’altitude du soleil, la situation géographique, la température et les chutes de neige. Les impacts ont été examinés avec des panneaux solaires installés dans différentes directions et inclinaisons sur le toit. Les mesures de la production solaire photovoltaïque ont été collectées toutes les 15 minutes depuis août 2021, dans le cadre des données de la recherche doctorale de Vinay Shekar.
La recherche empirique sur la production solaire photovoltaïque dans les latitudes septentrionales a été relativement limitée par rapport aux régions tempérées. Toutefois, ces dernières années, elle a connu une croissance régulière, en se concentrant sur des sujets tels que la perte d’énergie due à la neige, les performances dans les climats froids et la viabilité économique. Oulu est située à environ 65 degrés de latitude nord.
« Notre recherche fournit des informations importantes pour optimiser les performances de l’énergie solaire dans les régions nordiques. Les résultats peuvent également être utilisés, par exemple, dans la planification urbaine, le zonage et la construction pour maximiser la production d’énergie solaire », déclare le professeur Eva Pongracz de l’université d’Oulu. Elle rappelle que l’UE souhaite également exploiter le vaste potentiel de production d’énergie solaire sous-utilisé des toits. Selon la stratégie de l’UE en matière d’énergie solaire, d’ici 2026, l’installation de panneaux solaires sur les toits sera obligatoire pour tous les nouveaux bâtiments publics et commerciaux d’une surface utile supérieure à 250 m2 et, à terme, pour tous les nouveaux bâtiments résidentiels.
Les meilleures orientations des panneaux sur le toit sont le sud-est et le sud, en suivant vers l’est, et le meilleur angle d’inclinaison est de 28°
Les 40 panneaux solaires utilisés dans le laboratoire de toiture sont tous des panneaux Si monocristallins, dont 12 ont été installés sur le toit avec un angle d’inclinaison de 23°-46° et 12 verticalement sur le mur avec un angle de 90°, tous orientés vers le sud. Cet infrarouge est utilisé pour évaluer l’impact de l’angle d’inclinaison. Le système de carrousel de panneaux solaires comporte 16 panneaux : huit sont inclinés à 40° et huit sont verticaux. Les panneaux inclinés et verticaux ont été orientés dans les huit directions cardinales et intercardinales. Ce système est utilisé pour évaluer l’impact de l’azimut sur la production. Il n’existe pas d’autres carrousels de panneaux similaires utilisés pour la recherche.
« Les données de mesure indiquent que, pour maximiser le rendement sur l’ensemble de l’année, il est préférable d’installer des panneaux solaires sur le toit orientés vers le sud-est ou le sud. La deuxième meilleure orientation est l’est en raison de la trajectoire du soleil, et la troisième meilleure orientation est le sud-ouest », explique M. Shekar. Les chercheurs fondent leurs recommandations sur un bilan annuel global.
« Sur la base de nos recherches précédentes, nous recommandons également un angle d’inclinaison plus faible de 28° au lieu de l’angle standard de 43-48° recommandé pour les panneaux inclinés », assure le chercheur doctorant M. Shekar. Cet angle minimise l’ombrage et optimise légèrement le rendement annuel, de 3 %, par rapport à un angle de 45°.
Nombreux sont ceux qui s’intéressent à l’effet de la réflexion solaire (albédo) de la neige sur les panneaux solaires. « Il s’agit en effet d’un potentiel énergétique et il vaut la peine d’en explorer les spécificités », confirme M. Shekar. « Pendant le printemps enneigé de mars-avril, les panneaux muraux verticaux orientés vers le sud ont pu produire autant d’énergie qu’en juin-juillet, bien que les heures de lumière du jour soient beaucoup plus courtes ».
Cependant, tout au long de l’année, les panneaux de toit inclinés à 28° et orientés vers le sud ont produit 20 % d’énergie en plus que les panneaux muraux inclinés à 90°. Les longues journées d’été ont également provoqué des pics de production d’énergie ; les panneaux génèrent plus de la moitié de leur production annuelle pendant les mois de mai et juillet.
« Se concentrer sur l’installation à faible inclinaison et optimisée pour l’été est probablement la meilleure solution pour optimiser la production totale sur l’année. Nous ne recommandons pas non plus une approche d’installation hybride, comme l’installation de certains panneaux dans des orientations différentes », résume M. Pongracz.
Les données de mesure des panneaux solaires ont été publiées et les derniers résultats font actuellement l’objet d’un examen scientifique par les pairs afin de les confirmer. « Ils mettent en évidence les orientations présentant la valeur économique la plus élevée et les orientations sous-optimales dans les conditions nordiques, ce qui fournit des informations cruciales sur la mise en œuvre rentable de l’énergie solaire photovoltaïque dans le cadre du mandat solaire de l’UE », conclut M. Shekar.
Légende illustration : Les chercheurs Adeleye Adetunji, Julia Kiehle et Vinay Shekar au laboratoire sur le toit. Les toits et les murs du campus Linnanmaa à Oulu comptent près de 900 panneaux solaires, dont une partie appartient au laboratoire de toiture.
Article : « Empirical results (generation and value) from a unique Fixed Multi-Azimuth (Carousel) Solar Photovoltaic infrastructure based in the Arctic » – DOI: 10.17632/pmjt7gyp3r.1
Source : Université d’Oulu
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