Atteindre la neutralité climatique et parvenir à un système électrique 100 % renouvelable. Ce sont là deux des objectifs que l'Union européenne a fixés pour 2050 dans le but de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cela irait de pair avec une réduction de la dépendance énergétique vis-à-vis d’autres pays et, par conséquent, d'une plus grande protection contre la volatilité des prix de l'énergie.
Pour ce faire, l'énergie solaire photovoltaïque est devenue ces dernières années la solution préférée pour la production d'électricité mondiale. Son énorme résilience et son faible coût en comparaison avec d'autres technologies en font une valeur sûre pour la décarbonisation.
Le rapport annuel 2021 de l'Union espagnole photovoltaïque UNEF, souligne que « 139 GW de nouvelle capacité photovoltaïque ont été installés en 2020, dépassant les 100 GW pour la quatrième année consécutive et représentant une augmentation de 17 % par rapport à 2019 ». Cette croissance s'explique par l'importante augmentation du marché sur tous les continents et par le retour de la Chine, qui représentait 35 % du marché mondial, à des chiffres de puissance installée qui n'avaient pas été vus depuis deux ans.
Cet appétit pour le photovoltaïque dans le monde entier se poursuivra dans les années à venir. À cet égard, le rapport World Energy Outlook 2020 de l'Agence internationale de l'énergie prévoit que « l'énergie solaire photovoltaïque croît en moyenne de 13 % par an entre 2020 et 2030, et établira de nouveaux records chaque année après 2022 ». En effet, selon ses estimations, le monde devrait investir massivement dans de nouveaux modes de production plus efficaces et plus propres, ce qui nécessiterait en moyenne 230 GW par an de capacité photovoltaïque annuelle au cours de cette même décennie.
Nous sommes donc face à une technologie basée sur une source d'énergie capable de contribuer à atteindre avec succès les objectifs de décarbonisation et, en même temps, de réduire les factures énergétiques des particuliers, des entreprises et des administrations publiques, car le photovoltaïque peut facilement être utilisée dans les secteurs industriel, résidentiel et commercial. En outre, il existe d'autres options telles que les communautés énergétiques locales et même l'installation de points de recharge de véhicules utilisant la lumière du soleil comme énergie.
L'énergie photovoltaïque : une opportunité pour les dessinateurs-projeteurs
Dans ce contexte, le secteur photovoltaïque représente une excellente opportunité pour les techniciens impliqués dans la conception, le calcul et le dimensionnement d'installations photovoltaïques, notamment dans les mois à venir, lorsque, par exemple, l'Espagne accordera jusqu'à 900 millions d'euros des fonds Next Generation pour les installations d'autoconsommation.
Ces mesures comprennent, par exemple, une aide pouvant atteindre 600 euros par kilowatt installé dans le secteur résidentiel en cas d'autoconsommation individuelle et 710 euros en cas d'autoconsommation collective. Pour les entreprises, les subventions directes vont de 15 % pour les grandes entreprises à 25 % et 45 % pour les moyennes et petites entreprises, respectivement. Cela s'ajoute aux incitations fiscales déjà existantes, telles que les réductions d’impôts que certaines communes offrent aux particuliers.
Pour que l'exécution de ces projets permette d'économiser le maximum, les techniciens doivent dimensionner l'installation photovoltaïque correctement. En effet, un calcul précis du nombre de panneaux solaires à installer sur un bâtiment peut représenter entre 50 et 70 % du coût de l'électricité, ce qui accélère l'amortissement du système d'autoconsommation.
Pour réaliser ce travail, nous disposons sur BIMserver.center de CYPELEC PV Systems, un logiciel de modélisation, conception et calcul d'installations photovoltaïques. Cette application est intégrée dans le flux de travail Open BIM via notre plateforme.
Étapes pour réaliser une installation photovoltaïque sur le bâtiment
1. Calculer la consommation énergétique du logement, commerce, hangar industriel...
La première chose que le technicien doit faire est de calculer la consommation d'énergie du bâtiment, en considérant la consommation électrique de l'éclairage, la cuisine, l'ECS, les électroménagers, ainsi que celle liée au refroidissement et au chauffage. Une fois les besoins énergétiques estimés et connus, le technicien doit évaluer l'énergie photovoltaïque qui peut être produite et qui, même si elle ne couvre pas la totalité de la demande énergétique, peut représenter une économie considérable sur la facture énergétique.
2. Commencer avec le modèle architectural
Il faut maintenant commencer à faire de véritables estimations. Dans cette phase initiale, le technicien doit travailler avec un modèle architectural du bâtiment dans lequel il veut installer les panneaux solaires photovoltaïques. Pour créer ce modèle, nous pouvons utiliser le logiciel gratuit CYPE Architecture et avoir, au moins, quatre éléments définis et avec la surface construite :
- Les planchers.
- Les murs.
- Les locaux.
- Les toitures et surtoitures.
3. Importer le travail dans CYPELEC PV Systems
Une fois que nous avons le modèle architectural, nous devons l'importer dans CYPELEC PV Systems et commencer à travailler avec lui. Le logiciel prend en compte plusieurs variables d'information telles que la surface construite et la surface de la toiture par local, ce qui, dans le cas de l'Espagne, permet de respecter les exigences de la réglementation correspondante.
3.1. Configurer les options de calcul
Le logiciel comprend trois sections à considérer avant de commencer à travailler sur la conception et le calcul de l'installation.
- Paramètres généraux. Cette section contient les options de calcul. Ici, par exemple, le dessinateur-projeteur définit les paramètres suivants : ‘Maximum admissible voltage drop’, ‘Orientation of the project with respect to the North’ (utilisée pour calculer en considérant le facteur d'inclinaison), ‘Minimum autonomy for installations with accumulators’ et ‘Minimum power of the inverter with respect to the installed power’.
- Sections de câbles. Cette section comprend la sélection des matériaux et des appareillages. Ici, nous pouvons configurer les sections des conducteurs avec lesquelles il est possible de travailler, ainsi que les calibres des fusibles, des disjoncteurs magnétothermiques et des différentiels.
- Exigences de puissance installée. Conformément aux exigences des réglementations correspondantes.
3.2. Configurer les conditions de calcul
- Irradiance. Tout d'abord, il faut localiser géographiquement le bâtiment pour mesurer l'irradiance journalière moyenne, ainsi que la température ambiante. Le logiciel permet, via un accès direct au site web PVGIS, d'importer des fichiers d'irradiance du monde entier. Le logiciel intègre des données pour l'Espagne, permettant de choisir directement une localisation.
- Rendement énergétique. Le dessinateur-projeteur peut également examiner les pertes suivantes de l’installation : ‘Loss in wiring’, ‘Loss due to dust and dirt’, ‘Loss due to parameter dispersion between modules’ et ‘Loss due to angular spectral reflectance’.
- Période de temps. Cette sélection influencera le document de justification pour chacune des périodes, mais pas le calcul et la modélisation.
3.3. Définir les éléments avec lesquels nous allons travailler
Le dessinateur-projeteur doit définir les éléments suivants :
- Panneau photovoltaïque. Dans cette section, les données provenant des fiches techniques des produits peuvent être ajoutées, parmi lesquelles se trouvent les suivantes : ‘Dimensions’, ‘Nominal power’, ‘Nominal operating temperature of the module’, ‘Power correction coefficient due to temperature’, ‘Short circuit current’, ‘Open circuit voltage’, ‘Maximum current at power peak’, ‘Maximum voltage at power peak' et 'Efficiency’.
- Onduleur. Ici, il faut établir les paramètres suivants : ‘Dimensions’, ‘Number of MPPTs’, ‘Efficiency’, ‘Minimum voltage’, ‘Maximum voltage’, ‘Power supplied’, ‘Peak power’ et ‘Maximum input current per MPPT’.
- Conducteurs. Le logiciel dispose des informations sur des conducteurs prédéfinis ainsi que des données de certaines marques et de leurs modèles spécifiques pour remplir ce champ automatiquement.
- Accumulateurs.
3.4. Pré-dimensionnement : Connaître le nombre de panneaux à installer
Il est maintenant temps de déterminer le nombre de panneaux dont l’ouvrage aura besoin, ce qui se fait à l'aide de l'outil de pré-dimensionnement énergétique de CYPELEC PV Systems. Grâce à toutes les informations ajoutées précédemment, le logiciel estime le nombre de panneaux solaires dont notre installation photovoltaïque aura besoin. Il faudra prendre en compte les aspects suivants :
- Type de connexion. S'il s'agit d'une installation connectée au réseau ou isolée du réseau. Il est également possible de faire un bilan énergétique par valeurs horaires (plus détaillé) ou par valeurs totales.
- Production énergétique. Dans cette section, le technicien peut voir la production d'énergie et estimer le nombre de panneaux solaires dont l'installation photovoltaïque aura besoin en fonction de sa consommation d'énergie, qui, si nous disposons de l'information, peut également être ajoutée.
- Générer l’estimatif de l'installation. Le logiciel fait également une estimation du coût de l'installation photovoltaïque.
- Fixer le coût de l'énergie consommée par tranche horaire. Cela permet d'estimer le coût de l'énergie par kWh.
- Considérer le prix de vente de l'énergie. Le logiciel réalise également une étude et une estimation avec un bilan économique.
- Effectuer le pré-dimensionnement. Avec le pré-dimensionnement, le dessinateur-projeteur obtient les informations suivantes :
- Energy produced.
- Demanded energy.
- Used energy.
- Required energy.
- Leftover energy.
- Sales revenue.
- Monthly saving.
3.5. Modéliser l’installation photovoltaïque
Une fois que nous savons combien de panneaux photovoltaïques sont nécessaires, il faut déterminer comment les placer sur le bâtiment :
- La vue générale de CYPELEC PV Systems permet d'afficher tous les calques du modèle BIM. Plus le modèle BIM contient d'informations, plus il est facile pour le technicien de planifier la position de tous les éléments de l’installation photovoltaïque.
- L'option ‘Photovoltaic module’ permet de choisir le panneau photovoltaïque défini et de travailler avec l'assistant de modélisation pour placer chacun des panneaux solaires sur la toiture, ce qui peut être fait en 2D et en 3D.
- Le dessinateur-projeteur peut copier les panneaux en bloc, établir des critères communs tels que la même distance entre eux pour placer les panneaux solaires sur la surface disponible, ainsi que modifier chacun d'entre eux individuellement.
- Introduire la boîte de connexion.
- Introduire l'onduleur.
- Définir le point de connexion au réseau.
- Établir les conducteurs et la configuration de la canalisation.
3.6 Calculer l'installation
Une fois l'installation photovoltaïque modélisée, il est temps de la calculer :
- Cliquer sur le bouton ‘Calculation’.
- Il est possible de calculer avec ou sans ombres.
- Dans le cas d'un calcul avec des ombres, il est possible de sélectionner l'option permettant d'obtenir le profil d'ombres simplifié.
- Le logiciel peut afficher des alertes au projet en cas, par exemple, d'erreurs dans les conducteurs. Le logiciel offre également des possibilités d'amélioration.
3.7 Calculer l'énergie produite
- À ce stade, il est utile de calculer les pertes par ombres,, un processus qui prend plus de temps car un calcul très explicite du profil d'ombres est réalisé. Pour ce faire, le logiciel considère l'interaction de la projection solaire avec les autres éléments du projet qui sont adjacents aux panneaux solaires.
- Ce calcul du logiciel est très avancé grâce au modèle BIM. De cette manière, le dessinateur-projeteur peut anticiper et éviter des conflits, économiser du temps et rendre un projet plus viable.
- Le résultat est un calcul très serré des pertes par ombres, qui est le plus difficile à produire.
4. Générer la documentation du projet d'installation
CYPELEC PV Systems facilite également la génération de la documentation du projet. Plus précisément, le logiciel effectue les calculs de justification et puissance installée (‘Justification calculations and installed power’) :
- Calculs de justification pour chacun des panneaux. Des calculs complémentaires peuvent être effectués pour chacun des mois de l'année. Le document s'appuie sur des informations provenant de :
- Puissance du générateur : Énergie générée par le panneau et la connexion entre les modules.
- Onduleur.
- Distance minimale entre des rangées de modules.
- Document récapitulatif de la production. Se obtiene un documento con el resumen de producción de todos los meses, así como un gráfico de barras con estos.
- Le logiciel quantifie également la puissance requise dans le cas où les réglementations en vigueur l'exigent.
- CYPELEC PV Systems peut également générer les plans d'installation. Dans ce cas, il s'agit à la fois de plans unifilaires et de plans de niveau.
- Enfin, il vous d'obtenir l’estimatif de l'installation.
