Quand le solaire rencontre la science - Le rôle de la surveillance photovoltaïque dans la recherche appliquée

La frontière entre l'innovation technologique et la recherche appliquée est de plus en plus ténue dans le paysage énergétique actuel. Un exemple concret vient de deux projets expérimentaux qui utilisent la technologie Tigo pour collecter des données de performance à haute résolution au niveau des modules. Ces projets sont promus par Energy4Climate (E4C), l'un installé à l'observatoire atmosphérique SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmoshpérique) en région parisienne, et l'autre sur le campus de l'Université de Polynésie française (UPF).

Le Centre Energy4Climate de l'Institut Polytechnique de Paris regroupe près de 30 laboratoires travaillant sur quatre thèmes transversaux pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, améliorer l'efficacité énergétique, déployer les énergies renouvelables et proposer des politiques énergétiques pertinentes. E4C développe des plateformes et des démonstrateurs afin de tester, en conditions réelles, des méthodes, des solutions de gestion et de modélisation. E4C est soutenu par le ^3ème Programme d'Investissements d'Avenir (ANR-18-EUR-0006-02) et les deux projets ci-dessous sont cofinancés par la Fondation de l'Ecole polytechnique (Chaire de recherche "DéfisTechnologiquespour une Énergie Responsable", financée par TotalEnergies).

Projet #1 - Quatre technologies photovoltaïques à l'essai à Tahiti

Le premier des deux projets est hébergé sur le campus de l'UPF à Tahiti, un environnement tropical aux conditions particulièrement difficiles : vents forts, faibles précipitations saisonnières et risque élevé d'accumulation de poussière et de saleté sur les modules photovoltaïques.

L'installation comprend des modules photovoltaïques monofaciaux et bifaciaux, ce qui permet une analyse comparative de leurs performances dans des conditions environnementales similaires. La partie bifaciale du système intègre des modules de plusieurs fabricants, ce qui permet d'évaluer différentes technologies et conceptions en termes de rendement énergétique, de fiabilité et de réponse à des conditions variables. Des optimiseurs Tigo TS4 ont été installés pour surveiller les performances de chaque module - tension, puissance et courant - et pour transmettre les données par API à la plateforme d'analyse datahub de l'E4C.

L'objectif est d'analyser avec précision l'impact des conditions environnementales sur chaque type de module. Pour compléter le tableau, un système avancé de surveillance de l'environnement fournit des données sur l'irradiation et la température pour chaque section, ce qui permet une analyse croisée très précise.

Projet #2 - Agrivoltaïque et modules bifaciaux : Synergies entre cultures et photovoltaïque en France

La seconde installation est hébergée à SIRTA, l'un des principaux observatoires atmosphériques d'Europe, qui compte plus de 200 instruments surveillant en permanence l'environnement atmosphérique. L'installation fait partie du projet AgriPV-ER, qui contribue au Pôle National de Recherche sur l'Agriphotovoltaïsme de l'INRAE. Le projet est soutenu par France 2030 et par le PEPR TASE (22-PETA-0007).

Ce projet se concentre sur l'intégration de l'agriculture et de la photovoltaïque. À Palaiseau, à l'intérieur de l'observatoire SIRTA, un système agrivoltaïque combine la culture de la luzerne et du blé avec l'installation de modules photovoltaïques bifaciaux au-dessus des cultures. Plus de 50 instruments sont déployés pour surveiller les variables météorologiques, le sol, le rayonnement et l'état du système photovoltaïque.

Ici aussi, les optimiseurs Tigo TS4 permettent de collecter des données détaillées au niveau des modules, ce qui est essentiel pour analyser et modéliser l'interaction entre les cycles de croissance des plantes et la performance énergétique du système photovoltaïque.

L'une des conclusions les plus intéressantes de l'étude concerne la variation saisonnière de l' albédo, c'est-à-dire la capacité du sol (ou, dans le cas présent, de la végétation) à réfléchir la lumière du soleil. Lors des saisons les plus douces, et plus particulièrement entre la fin mars et le début avril 2025, on observe une augmentation sensible de l'albédo du sol. énergie récupérée des optimiseurs, due à l'albédo irrégulier produit par la couverture végétale et à l'ombrage de certains modules photovoltaïques causé par les instruments déployés. Au cours de cette période, la croissance des plantes atteint son apogée et ombrage complètement le sol : la variation de la couleur des feuilles et la distribution inégale créent des réflexions lumineuses non uniformes, ce qui rend le rôle de l'optimiseur encore plus critique - non seulement pour le contrôle des performances, mais aussi pour maximiser la production d'énergie en réduisant l'impact de l'inadéquation.

Lorsque les plantes commencent à se dessécher, leur couleur change et leur albédo diminue progressivement, ce qui affecte inévitablement le rendement des modules bifaciaux. D'autre part, pendant les mois d'hiver, des pics d'albédo isolés sont provoqués par de brefs épisodes neigeux, mais la production globale reste inférieure en raison des conditions météorologiques défavorables.

Il convient également de noter que l'usine est située dans une région au climat pluvieux et souvent couvert, ce qui entraîne des fluctuations naturelles de la production en raison de la couverture nuageuse. Grâce à l'électronique de puissance de Tigo, non seulement l'énergie maximale est assurée dans toutes les conditions, mais ces fluctuations peuvent également être surveillées avec une grande précision - transformant même les conditions environnementales complexes et variables en données précieuses pour optimiser l'efficacité du système.

Le rôle de la technologie Tigo dans la recherche scientifique

"Les optimiseurs Tigo TS4 fournissent les valeurs dont nous avons besoin pour étudier la performance de chaque module, en tant qu'élément d'un système beaucoup plus vaste ", a déclaré Moira Torres, post-doctorante au Laboratoire GeePs (Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris), qui fait partie de CentraleSupélec. "Cela nous permet de mieux comprendre comment les modules réagissent aux différentes conditions environnementales et d'améliorer les prévisions de production. Les données extraites des optimiseurs Tigo, traitées et visualisées par la plateforme Energy Intelligence, combinées aux données environnementales, sont utilisées non seulement pour valider les modèles existants mais aussi pour en développer de nouveaux."

Conclusion - Les données au service de l'innovation

Ces projets offrent une confirmation importante : les données fournies par la technologie Tigo ne soutiennent pas seulement le fonctionnement quotidien des systèmes photovoltaïques, mais deviennent également un outil clé pour la recherche scientifique. Dans des contextes très différents - des climats tropicaux aux paysages agricoles européens - l'optimisation au niveau des modules s'avère essentielle pour comprendre, prévoir et améliorer les performances des systèmes photovoltaïques du futur.

‍