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A l’occasion du SuniDay, réunion des acteurs de la filière photovoltaïque qui a eu lieu le 13 juin à Toulouse, consacrée aux méthodes d’amélioration de la production photovoltaïque, la start-up SUNiBrain a officiellement lancé la phase de commercialisation de son procédé de rafraîchissement de panneaux. Il est en effet bien connu que la montée en température des panneaux photovoltaïques compromet fortement leur rendement de production. D’où l’apparition sur le marché d’une serie d’offre de panneaux hybrides, utilisant un circuit d’eau à l’arrière pour réguler la température des panneaux et valoriser l’énergie ainsi récupérée en eau chaude.

L’approche des panneaux hybrides a cependant deux limites principales qui ont amené des ingénieurs de la société de R&D SunID à réflechir à une nouvelle solution. D’une part, le choix des panneaux hybrides ne peut se faire que sur des projets nouveaux, en alternative aux panneaux classiques. D’autre part, le poids des modules est plus élevé et peut rapidement s’avérer incompatible avec des structures existantes, de type hangar industriel ou commercial, en particulier quand il s’agit de centrales de relativement grande taille (pas de particuliers). D’où l’idée toute simple de proposer une solution d’aspersion d’eau sur les panneaux qui puisse s’implanter sur des toitures photovoltaïques existantes et permettre cette maîtrise de la tempéra­ture des cellules PV. Si l’idée de depart est effectivement simple et logique, sa mise en œuvre est en fait assez complexe, justifiant les presque trois annees d’etude du projet et de maturation au sein de SunID avant la creation de la societe Sunibrain en novembre dernier, pour la poursuite du developpement, son industrialisation et la commercialisation du dispositif.

Pilotage intelligent de l’eau utilisée

La premiere contrainte à laquelle doit faire face un systeme d’aspersion-brumisation d’eau est la qualite de l’eau elle-même qui doit être pure, exempte notamment de carbo­nate de calcium ou de magnesium, pouvant se transformer à l’evaporation en une fine pellicule bloquant la penetration des rayons lumineux dans la cellule photovoltaïque. D’où la necessite de travailler avec l’eau de pluie pour des questions evidentes de coût (eviter un adoucisseur et une consommation d’eau potable). De fait, ce choix se traduit par une limitation en volume d’eau disponible : ressource imprevisible dans le temps et en general plus limitee dans les periodes chaudes où le besoin de rafraîchissement est plus grand pour les centrales.

Le cœur du sa­voir-faire de Sunibrain est ainsi une capacite à gerer intelligemment l’usage de l’eau, pour en consommer le moins possible. Cela passe par deux reponses technologiques, au niveau du procede d’aspersion et de l’outil de pilo­tage. Comme l’explique Nicolas Cristi, un des co-fondateurs de la start-up, l’approche du phenomene de refroidissement a ete etudie scientifiquement permettant d’optimiser la taille et la trajectoire des gouttes d’eau pour obtenir l’effet maximum d’echange thermique avec un minimum de volume d’eau. Le dispositif Sunibrain est ainsi dejà plus efficient que n’importe quelle brumisation ou aspersion « artisanale ». Parallelement, le principe du systeme Sunibrain est de choisir intelligemment les moments où il est le plus pertinent de rafraîchir et avec quelle intensi-te, c’est-à-dire tres concretement en fonction du gain attendu en production pour les panneaux et du niveau de consommation d’eau necessaire pour cela (qui va dependre du taux d’evaporation). Par exemple, si la centrale se situe dejà en production proche du nominal, le gain à attendre sera sans doute marginal. De même, si le niveau d’ensoleillement n’est pas optimum (matin ou temps couvert), l’augmentation de production sera faible même en faisant baisser la tempera-ture des panneaux.

L’objectif de Sunibrain est ainsi d’arbitrer en temps reel l’aspersion, sur la base d’une serie de capteurs : temperature des panneaux bien sûr, mais aussi micrometeo locale (hygrometrie, temperature, ensoleillement etc.), niveau de production actuel de la centrale, quantite d’eau en stock etc. Il n’y a donc pas de programmation fixee, ce qui amene Nicolas Cristi à parler plutôt de regulation thermique de la centrale plus que de rafraîchissement, avec des declenchements plus ou moins intensifs et plus ou moins frequents.

Au final, ces innovations techniques et de gestion se traduisent globalement par une consommation d’eau divisee par 15 par rapport à un pilotage basique lie à la seule temperature des panneaux. Outre de permettre une strategie de gestion de la rarefaction de l’eau selon les periodes, cette configuration va donc reduire les coûts d’in-vestissement et la place necessaire pour le stockage d’eau.

Trois effets bénéfiques supplémentaires

Un autre parametre est pris en compte dans la gestion de l’aspersion d’eau : l’encrassement des panneaux. Dans un cas standard de centrale, un simple lavage par ruissellement n’est peu ou pas efficace car opere de façon ponctuelle, en ayant laisse le temps aux saletes de se coller sur les modules. Dans le cas de Sunibrain, la regularite d’intervention pour les fonctions de rafraîchissement evite cet ecueil et permet donc de beneficier des deux effets positifs de l’aspersion : la baisse de temperature et le nettoyage, se combinant pour disposer des conditions optimales de fonctionnement des panneaux.

Il est en outre deux autres effets positifs au choix technique de refroidissement à l’eau par aspersion. D’une part, au moment de l’operation, il a ete observe un saut de puissance qui n’etait pas lie au rafraîchissement mais sans doute à l’effet optique de la fine couche d’eau ruisselant sur les panneaux. D’autre part, les fabricants de panneaux ont fait observer à Sunibrain que cette bonne gestion des tem­peratures (plus efficace que les systemes de rafraîchissement arriere grâce à l’echange thermique direct en surface) contribuait nettement à reduire le stress thermique des cellules, et à ralentir le phenomene de vieillissement, source de baisse reguliere des rendements.

Certes, ces deux effets peuvent apparaître marginaux, mais à l’echelle d’une grande centrale, le gain potentiel devient ap­preciable, même si les ameliorations principales relevent des effets de rafraîchissement et de nettoyage. In fine, le gain moyen total en rendement peut atteindre 12 %, avec un retour sur investissement inferieur à 5 ans.

Des centrales de 100 à 200 kW minimum

Apres avoir valide le concept pendant deux ans et demi sur un toit pilote (avec une partie equipee et une partie temoin), contr6le par Tecsol, Sunibrain a installe une unite de demonstration il y a quelques mois de plus de 1 000 m2 dans une version de pre-serie. Tous les aspects d’integration aux centrales en toiture ont ete etudies, avec en particu-lier un systeme de pose totalement sans trou dans la toiture (pour conserver l’etancheite et la garantie decennale).

Des developpements specifiques ont aussi ete necessaires pour certains capteurs (notamment celui de temperature des panneaux : un capteur qui permet de visualiser plus de 200 points de temperature en même temps sur la toiture). Idem pour les adapta­tions necessaires à la gestion hydraulique. La phase commerciale peut donc être entamee. Sunibrain cible les centrales dont la puis­sance installee varie entre 100 kW et 500 kW en priorite (de 700 m2 à quelques milliers de m2), constituant l’essentiel du parc installe à ce jour. Rien n’empêche la technique de s’appliquer à de plus grandes surfaces (un projet est d’ailleurs à l’etude sur une centrale en toiture de 40 000 m2 donc > 1MW) mais l’essentiel du marche n’est pas là à ce jour. Quant aux installations plus petites (<100 kW), le pilotage intelligent du rafraî-chissement fait egalement sens, mais necessitera par la suite un developpement propre à reduire les coûts d’investissement et rendre le dispositif reellement attractif.

Cette pre­mière phase de commercialisation et d’industrialisation devrait amener la start-up à mobiliser des soutiens financiers mais l’entreprise a prefere consolider ses developpements techniques dans un premier temps pour ne faire appel au secteur financier que sur la base de commandes et pre-commandes.

Au plan strategique, le dispositif Sunibrain est amene à evoluer progressivement. Une quin-zaine de nouvelles fonctionnalites sont en developpement, notamment la recuperation d’energie thermique dans l’eau qui ruisselle (point aujourd’hui à la faveur des panneaux hybrides), l’usage du boîtier intelligent de gestion pour d’autres fonctions d’analyse de data ou encore un moyen de coupler le système hydraulique et de gestion de l’eau à un reseau anti-incendie (sprinklers sous toiture), en particulier pour les hangars de type agricole.

Source: GreenNews Techno n° 316 (16 juin 2014) : « Phase commerciale amorcée pour le système d’ Upgrading de SUNiBrain »

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