La simulation des rayons lumineux pour optimiser les installations solaires

La lutte contre le changement climatique fait partie intégrante de notre stratégie de croissance à long terme et de notre ambition : atteindre la neutralité carbone sur l’ensemble de nos activités d’ici à 2050, conjointement avec la société. Pour y parvenir et répondre à la demande croissante en électricité, nous renforçons notre expertise dans les énergies renouvelables et notamment dans l’énergie solaire, dont les atouts sont nombreux.

SolarOPS est un projet de la feuille de route du programme de recherche solaire de la Compagnie. Il s’agit d’un simulateur de productible photovoltaïque permettant de définir les paramètres optimaux d’une installation : orientation des panneaux par rapport au soleil, distance entre les rangées de modules, câblage des modules etc…
 

Des panneaux solaires bifaciaux pour une meilleure adaptation à l’environnement

Dans les pays de l’OCDE, l’espace disponible pour de nouvelles installations est de plus en plus restreint ce qui conduit à maximiser l’usage des terrains en combinant par exemple production photovoltaïque et agriculture. C’est ce que l’on appelle l’agrivoltaïsme.

Dans ce type d’installation, l’objectif n’est pas de maximiser la production électrique mais de trouver l’optimal du système combiné : production électrique – croissance végétale. Cela conduit les équipes projets solaires à imaginer de nouveaux types de design comme placer des panneaux bifaciaux verticalement, les faces étant orientées vers l’Est et l’Ouest. Ce type d’installation permet le passage des machines agricoles et protège les cultures entre les rangées de panneaux tout en ayant un pic de production le matin et le soir complétant une production solaire classique dont le pic de production est généralement à midi (panneaux face au Sud).

Ces nouveaux types d’installation sont plus sensibles à la composante diffuse de la lumière arrivant à la surface des panneaux ignorée jusqu’à maintenant dans des installations conventionnelles où les panneaux sont orientés de telle sorte à capter le rayonnement solaire direct. La Compagnie a pour objectif de devenir un acteur majeur de l’agrivoltaïsme d’ici 2025 et SolarOPS est un contributeur prometteur.
 

Comment modéliser finement la diffusion du rayonnement solaire ?

Afin de mieux quantifier l’énergie solaire diffuse récupérable pour de la production photovoltaïque, les équipes solaires ont sollicité les équipes numériques et les compétences présentes dans la Compagnie afin de mettre en place des outils à base de/lancer de rayon (ray tracing) pour ces calculs optiques précis. Ces techniques utilisées dans le traitement sismique ou dans des techniques de visualisation 3D d’objets géologiques du sous-sol ont été transposées rapidement à ce nouveau contexte.

Suite à cette première interaction constructive et fructueuse, de nouvelles idées ont émergé comme la transposition, à ce nouveau type de simulation, des outils de gestions de plan d’expérience développé pour la simulation réservoir. Ce travail commencé au cours de l’été 2022 permet d’accélérer le design des installations solaires en limitant le nombre de simulations et en explorant plus efficacement l’ensemble des paramètres possibles tout en tirant parti des infrastructures de calcul lourd (HPC PANGEA III hébergé par le CSTJF à Pau) et nécessaires pour ce type d’approche.

Ce travail en lien avec les applications solaires se poursuit et de nouveaux résultats sont attendus comme l’exploitation des données satellitaires, savoir-faire historique de la Compagnie, pour caractériser la quantité de lumière réfléchie par le sol, paramètre nécessaire pour ces simulations.

Ce projet illustre parfaitement la mobilisation des énergies humaines et des savoir-faire existants dans la Compagnie au service des nouveaux enjeux de TotalEnergies.