Évaluation de l'efficacité du déneigement des centrales photovoltaïques basée sur la technologie hyperspectrale

La centrale photovoltaïque Dalad Top-Runner est située dans la bannière de Dalad, en Mongolie-Intérieure, dans une région de latitude moyenne, aux alentours de 40 degrés de latitude nord. Les températures hivernales y sont basses et les chutes de neige fréquentes. La neige accumulée réfléchit la lumière du soleil et la glace se forme facilement sur la surface en verre trempé des panneaux photovoltaïques situés sous la neige. Difficile à faire fondre rapidement, cette glace bloque la lumière du soleil et réduit considérablement le rendement de la production d'électricité. Une méthode raisonnable et économique pour faire fondre et enlever rapidement la neige permettrait non seulement d'accroître la production d'électricité de la centrale photovoltaïque et de réduire la charge de travail et les coûts d'exploitation et de maintenance, mais présenterait également un intérêt pratique significatif.

Solutions courantes de déneigement pour les centrales photovoltaïques

1. Déneigement manuel
En temps normal, les centrales photovoltaïques doivent faire appel à du personnel spécialisé pour déneiger leurs installations à l'aide de matériaux souples. Cette méthode est peu efficace et gourmande en main-d'œuvre et en ressources, notamment sur les terrains accidentés ou lorsque les modules sont situés en hauteur. Actuellement, la plupart des centrales photovoltaïques utilisent encore la méthode traditionnelle de déneigement manuel.

2. Déneigement par robot

Les robots de nettoyage photovoltaïques autopropulsés couramment utilisés conviennent aux grandes centrales photovoltaïques, mais leur coût élevé les rend inadaptés aux petites centrales. De plus, leur stabilité en environnement à basse température nécessite des vérifications supplémentaires.

3. Déneigement automatique par le support de suivi

En cas de chute de neige, l'inclinaison maximale des modules de batterie facilite leur glissement et réduit efficacement l'accumulation de neige sur leur surface. Une fois la neige fondue, les modules reprennent leur inclinaison normale. Toutefois, cette méthode ne convient qu'aux systèmes de suivi tels que le suivi horizontal mono-axe, le suivi incliné mono-axe et le suivi bi-axe ; sa mise en œuvre est difficile avec des supports fixes.

4. Avantages des modules bifaciaux à double vitrage pour le déneigement

Après une chute de neige, le sol se recouvre de neige, ce qui accroît sa capacité à réfléchir la lumière du soleil. Cette réflectivité accrue de la face arrière des modules améliore leur production d'énergie. La face arrière du module photovoltaïque bifacial à double vitrage continue ainsi de générer de l'électricité par conversion photoélectrique grâce à la réflexion diffuse de la neige. La chaleur dégagée lors de cette conversion fait fondre rapidement la neige sur la face avant du module, formant une fine couche d'eau. Ce phénomène réduit la friction entre la neige et le module, et la gravité permet à la neige de glisser, minimisant ainsi la surface et la durée de la couverture neigeuse. On estime que la neige sur la face avant d'un module photovoltaïque bifacial à double vitrage peut être dégagée en 1 à 3 heures environ. L'efficacité du déneigement est encore meilleure avec un système de déneigement par suivi solaire.

Solutions courantes de déneigement pour les centrales photovoltaïques

5. Technologie de fonte de neige basée sur le principe électrothermique de la jonction PN d'un module photovoltaïque

Lorsqu'un module photovoltaïque est utilisé comme charge et qu'une tension positive est appliquée à ses bornes positive et négative, un courant unidirectionnel est généré grâce à la jonction PN présente à l'intérieur du module. Ce principe de fonctionnement est similaire à celui d'une diode électroluminescente (DEL). Du fait de la différence de niveau d'énergie entre la jonction PN et la résistance de la région semi-conductrice, le passage des électrons génère de l'énergie dans cette région, énergie qui est ensuite convertie en chaleur. Ce phénomène élève la température du module et contribue ainsi au déneigement.

Cependant, dans les régions à basses températures ambiantes, l'élévation de température induite par le principe électrothermique des jonctions PN est très limitée, les modules photovoltaïques étant installés à l'extérieur et leurs faces arrière dissipant rapidement la chaleur. Par conséquent, cette solution n'a pas d'effet significatif sur la fonte des neiges et présente certaines limitations. De plus, elle nécessite une alimentation de polarisation externe, à raison d'une alimentation pour une à deux chaînes. Une centrale électrique de grande capacité devrait donc être équipée de plusieurs unités, ce qui engendre des coûts d'investissement élevés et limite son application.

6. Disposition des câbles chauffants

Le câble chauffant est composé d'une âme composée de fils conducteurs froids et chauds, et d'une enveloppe extérieure comprenant une couche isolante, une couche de mise à la terre, une couche de blindage et une gaine extérieure. Sous tension, les fils conducteurs chauds chauffent et fonctionnent à une température comprise entre 40 et 60 °C. Intégré à la couche de remplissage, le câble chauffant transmet la chaleur au corps récepteur par conduction (convection) et par rayonnement infrarouge lointain (8-13 µm). Des centrales photovoltaïques distribuées peuvent être installées autour des modules photovoltaïques, des gouttières et des descentes pluviales. En cas d'accumulation de neige, le mode chauffage est activé pour faire fondre rapidement la neige, mais le coût d'investissement est relativement élevé.

Le projet Dalat Phase II utilise des panneaux photovoltaïques bifaciaux à double vitrage avec un système de support de suivi pour le déneigement, ce qui peut améliorer considérablement la vitesse de déneigement et augmenter l'efficacité de la production d'énergie d'environ 15 %.

△ Figure 1 Comparaison de l'étendue et de la couverture neigeuse des première et deuxième phases de Dalat

△ Figure 2 Comparaison de la réflectivité des panneaux photovoltaïques dans les phases I et II de Dalate (réflectivité augmentée de 10 000 fois)

△ Figure 3 Comparaison de la réflectivité des panneaux photovoltaïques après la fonte des neiges à Dalate Phase I et Phase II (réflectivité augmentée de 10 000 fois)

CAS Xiguang Aerospace - Surveillance de la couverture neigeuse

En utilisant des satellites hyperspectraux pour surveiller en continu la centrale photovoltaïque de Dalate, nous avons obtenu des données d'images prises pendant des périodes de couverture neigeuse et d'absence de neige, et effectué des corrections atmosphériques pour calculer la réflectance moyenne des première et deuxième phases du projet.

La figure 1 illustre visuellement la zone du projet, permettant d'identifier facilement le manteau neigeux. Le projet de phase I présente un manteau neigeux nettement plus important, tandis que celui de phase II ne montre aucune accumulation de neige notable. La figure 2 illustre la différence de réflectivité moyenne entre les projets des phases I et II sous la neige. La phase I présente une réflectivité nettement supérieure à celle de la phase II, avec une augmentation maximale d'environ 11,8 % dans la gamme de longueurs d'onde de 450 à 850 nm, indiquant un manteau neigeux plus important. Cette réflectivité plus élevée entraîne des pertes d'énergie et une diminution du rendement de la production d'électricité. La figure 3 compare la réflectivité des phases I et II après la fonte des neiges, montrant que la réflectivité des deux phases retrouve des niveaux similaires après la fonte.

Conclusions et applications de la recherche

La différence de réflectivité entre la première et la deuxième phase du projet a permis de vérifier que les nouveaux modules photovoltaïques double face à double vitrage utilisés dans la deuxième phase, associés au système de support de suivi, ont un meilleur effet de déneigement.

Combinaison Surveillance de la poussière des panneaux photovoltaïques par télédétection hyperspectraleCela indique que la technologie de télédétection hyperspectrale présente une certaine valeur applicative dans la surveillance de l'état des panneaux photovoltaïques à grande échelle dans divers environnements.