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Suivi du soleil: trackers pour les systèmes solaires

Suivi du soleil: trackers pour les systèmes solaires

Système de suivi solaire de NEXTracker (Image: NEXTracker)

Un tracker solaire est un dispositif qui oriente un système PV, en particulier une grande installation telle qu'une ferme solaire, vers le soleil afin de lui permettre de capter plus d'énergie solaire qu'il ne le ferait autrement sans un tel dispositif. En substance, le suivi consiste à minimiser l'angle d'incidence entre la lumière du soleil entrante et un panneau solaire. Les panneaux solaires peuvent capter la partie diffuse de la lumière du soleil, dans le ciel bleu qui augmente également proportionnellement quand il fait nuageux, ainsi que la lumière directe du soleil et les suiveurs solaires peuvent augmenter la quantité d’énergie solaire capturée. En général, les systèmes de suivi peuvent généralement capter 50% supplémentaires de la lumière du soleil en été et 20% en hiver, mais cela diffère selon la latitude.

Cependant, ils sont encore plus indispensables pour les centrales photovoltaïques à concentration (CPV) et à énergie solaire à concentration (CSP), où ils supportent les composants optiques de ces systèmes, qui sont conçus pour cibler la composante directe de la lumière du soleil. Cela représente 90% de l’énergie du soleil, les trackers doivent donc être orientés correctement. Les suiveurs de haute précision peuvent avoir une précision de ± 5 degrés, ce qui signifie qu’ils peuvent fournir plus de 99,6% de l’énergie transportée par le faisceau direct du soleil ainsi que 100% de la lumière diffuse. Cependant, ces trackers ont tendance à ne pas être utilisés par les systèmes PV sans concentration.

Ces dernières années, leur déploiement a souvent été stimulé par la digression constante des incitations gouvernementales telles que les tarifs d'achat premium (FiT). Ainsi, à mesure que les paiements pour les énergies renouvelables ont diminué, les développeurs de projets ont compensé en cherchant à maximiser la production.

Il existe deux types de trackers de base: à un axe et à deux axes et ceux-ci peuvent à leur tour varier dans leur forme, de sorte qu'il existe en fait une grande variété de trackers, tous conçus pour des situations particulières et des niveaux de performance souhaités.

Les trackers à axe unique suivent la trajectoire du soleil d'est en ouest, tandis que le double axe peut également être incliné afin de tenir compte de la différence entre les angles du soleil en hiver et en été. Il y a eu un débat considérable dans l'industrie quant à l'efficacité des trackers à deux axes étant donné leur complexité accrue et une différence relativement faible dans la collecte annuelle entre les deux types de trackers. Un examen des statistiques de production de l'Ontario a révélé que la différence n'était que d'environ 4 pour cent au total, en comparaison quelque peu défavorable avec l'amélioration apportée par les suiveurs à un axe sur un réseau fixe (24 à 32 pour cent). Cependant, les suiveurs à deux axes peuvent atteindre une production de 40 à 45% au-dessus d’un toit fixe dans des situations où il y a très peu de pollution dans l’atmosphère («haute clarté»). Malheureusement, la plupart des régions des pays développés ont un indice de clarté de 0,5 ou moins.

Trackers à deux axes de l'usine photovoltaïque de Séville en Espagne (Image: afloresm, Flickr)

Les trackers horizontaux à axe unique ont un axe de rotation horizontal par rapport au sol. Cela signifie que la seule exigence en termes d'espacement est de maintenir les axes de rotation parallèles les uns aux autres. Certains suiveurs horizontaux à axe unique ont des modules inclinés qui peuvent aider à économiser de l'espace, minimisant ainsi le coût global du projet. Les trackers avec des axes de rotation entre horizontal et vertical sont appelés trackers à axe unique incliné. Ils ont typiquement la face du module orientée parallèlement à l'axe de rotation

Les suiveurs à axe unique verticaux ont tendance à être plus efficaces à des latitudes élevées que les suiveurs à axe horizontal. Ils ont généralement le module incliné d'un angle par rapport à l'axe de rotation, balayant ainsi un cône qui est symétrique en rotation autour de l'axe de rotation.

Les trackers à double axe inclinable (TTDAT) sont montés sur des poteaux avec le mouvement est-ouest tournant autour du poteau avec un roulement en forme de T ou H permettant une rotation verticale.

Les suiveurs à deux axes azimut-altitude (AADAT) ont l'axe azimutal vertical par rapport au sol. Ils utilisent un grand anneau monté au sol avec le réseau monté sur des rouleaux. Cela signifie que le poids du réseau est réparti sur une partie de l'anneau plutôt que sur le pôle, ce qui leur permet à son tour de supporter des réseaux beaucoup plus grands. Cependant, le diamètre de l'anneau détermine l'espacement et cela peut à son tour réduire la densité des réseaux.

Un tracker passif utilise un fluide gazeux comprimé à bas point d'ébullition pour l'entraîner afin de corriger les déséquilibres. Ces systèmes utilisent également des ombrages / réflecteurs répondant à la lumière du soleil tôt le matin pour «réveiller» le panneau solaire et l'incliner vers le soleil.

Enfin, il y a un tracker chronologique qui fait tourner un panneau solaire dans le sens opposé à celui de la rotation de la Terre.

Trackers dirigés autour du panneau solaire via un système de moteurs et de trains d'engrenages. Ceux-ci sont actionnés par un contrôleur répondant à la direction du voyage du soleil. Ils utilisent également des entraînements de pivotement (un entraînement de pivotement est un type de boîte de vitesses qui peut supporter des charges radiales et axiales) pour gérer leur mouvement. Dans une centrale à énergie solaire concentrée (CSP), les trackers à deux axes sont contrôlés par un ordinateur central, gèrent des miroirs mobiles appelés héliostats qui réfléchissent la lumière vers la centrale électrique.

Centre d'énergie solaire DeSoto Next Generation de Florida Power & Light Company à Arcadia en Floride, basé sur le système de suivi SunPowerAE TO (Image: Usina Fotovoltaica, Flickr)

Il existe également des différences dans la manière dont ils sont installés. Par exemple, une «fondation flottante» n’a pas besoin de fondations en béton car elle repose simplement sur le sol, généralement sur un bac à gravier. Cela signifie qu'ils peuvent être installés sur des sites d'enfouissement ou dans d'autres lieux de ce type, augmentant ainsi le nombre de sites sur lesquels ils peuvent être utilisés.

Le suivi est principalement adapté aux grandes applications solaires commerciales et industrielles et moins adapté aux systèmes de toiture résidentiels. Lorsque des systèmes de suivi sont installés sur des toits résidentiels, ils doivent être décalés du toit afin de permettre le mouvement des panneaux. Cela a à son tour augmenté la charge de vent et nécessite un système de rayonnage coûteux. Il y a aussi des considérations esthétiques qui peuvent être pertinentes. Même sur les sites à grande échelle, les trackers nécessitent l'utilisation d'une plus grande surface que les systèmes fixes car le mouvement des panneaux peut créer des ombres sur d'autres panneaux s'ils ne sont pas correctement espacés. Néanmoins, les avantages combinés du suivi solaire, l'amélioration de l'efficacité des cellules solaires et les progrès innovants tels que les couches minces ont sans aucun doute eu pour effet de rapprocher l'énergie solaire de la parité du réseau avec les combustibles fossiles, selon certains en quelques années.

Le principal problème des trackers est qu'ils augmentent les coûts. Par conséquent, si un système de suivi ajoute 25 pour cent aux coûts du projet tout en améliorant la production de 25 pour cent, on peut affirmer que le même niveau de performance peut être atteint simplement en augmentant la taille du système. Cela élimine également la maintenance supplémentaire requise pour le système de suivi. À mesure que les coûts de l'énergie solaire continuent de baisser, la rentabilité de l'installation d'un système de suivi peut diminuer. Un autre problème est que les moteurs du système de suivi doivent être continuellement entretenus, c'est là que les systèmes plus innovants qui arrivent maintiennent un net avantage. Ceci est largement reconnu dans l'industrie. Par exemple, Scott Dailey, chef de projet tracker chez First Solar, s'adressant à Renewable Energy World en 2013, a fait valoir que les trackers à deux axes ne sont vraiment déployés que sur les marchés avec des tarifs d'achat élevés (FiT), car l'augmentation des revenus obtenue en maximisant la production a tendance à compenser les dépenses d'exploitation et de maintenance plus élevées.

Lorsqu'ils ont été introduits pour la première fois sur le marché, les systèmes de suivi étaient généralement assez volumineux et peu fiables. De nombreux trackers installés en Europe pendant le boom du tarif de rachat (FiT) ont souffert de problèmes de fiabilité majeurs, parfois avec des incidents répétés. Selon M J Shaio, analyste principal chez GTM Research, jusqu'à il y a quelques années, il était généralement admis que les seuls développeurs souhaitant installer des trackers étaient ceux qui étaient prêts à accepter beaucoup plus de risques.

Cependant, plus récemment, les trackers sont devenus beaucoup plus innovants. Par exemple, utiliser le GPS pour se réaligner automatiquement. Des entreprises telles que NEXTracker intègrent des systèmes de contrôle dans leurs suiveurs qui surveillent l'angle de chaque rangée de panneaux solaires en temps réel et rendent compte de la précision du suivi afin de garder les panneaux directement face au soleil tout le temps. Le produit NX Horizon de la société est un tracker auto-alimenté (SPT) doté d'un moteur autonome, ce qui lui permet d'être déployé sur chaque rangée de panneaux, ce qui élimine le câblage et les tranchées tout en économisant de l'énergie.

Malheureusement, un autre système de suivi innovant, QBotix, n'a pas réussi à le commercialiser. QBotix se composait de 200 trackers avec des robots, l'idée étant que chaque robot se rendrait à chaque tracker sur un monorail qui a des points de charge pour les robots intégrés. Le monorail porte également le câblage pour l'ensemble du système, éliminant ainsi le besoin de creuser des tranchées. Les robots ajusteraient les trackers individuellement toutes les 40 minutes tout au long de la journée et collecteraient également des données de performances et de fiabilité qu'ils pourraient utiliser pour optimiser les trackers. Cela semble assez impressionnant, sauf que la société s'est effondrée en août de l'année dernière.

Néanmoins, les développements innovants en matière de suivi solaire le rendent beaucoup plus attractif, en particulier dans les zones à fort rayonnement solaire. Les coûts de maintenance commencent également à baisser à mesure que la technologie s'améliore. De plus en plus de projets utilisent désormais des trackers et le marché est en plein essor. En fait, les prévisions actuelles indiquent un marché de suivi d'une valeur de 6 milliards de dollars d'ici 2020. C'est assez impressionnant.


Voir la vidéo: Tracker solaire 2 axes (Octobre 2021).