Des chercheurs de l’université de technologie de Delft (Pays-Bas) viennent de développer une approche inédite pour calculer de manière rapide et précise le potentiel en énergie solaire des zones urbaines. Cette méthode devrait faciliter l’incorporation des technologies solaires dans les projets des architectes et des urbanistes.

Repérer les zones ombragées

Les structures, les bâtiments et les arbres présents dans les zones urbaines projettent des ombres sur les panneaux solaires, ce qui affecte considérablement leurs performances. Cependant, il est possible d'obtenir une meilleure intégration dans l'environnement urbain en estimant avec précision les performances et le rapport coût-performance des systèmes à énergie solaire photovoltaïques.

Puissance de calcul

La simulation de la production d'énergie par les systèmes photovoltaïques fait appel à de nombreux outils, assistés par des modèles mathématiques capables de déterminer la quantité de rayonnement reçue par les modules solaires. En répétant ces calculs pour toute une année, il est possible d'obtenir la quantité annuelle de rayonnement que reçoivent les panneaux. Pour autant, la détermination de la quantité d'électricité produite par un système photovoltaïque en ville n'est pas très simple. Les simulations réalisées actuellement nécessitent une puissance de calcul considérable, car il est nécessaire de prendre en compte les ombres projetées par les structures environnantes, qui évoluent tout au long de l'année.

Deux paramètres

L'intérêt de cette nouvelle approche est de simplifier le calcul en évaluant rapidement le potentiel d'énergie solaire des zones urbaines les plus larges. La méthode consiste, pour un quartier particulier, à corréler un profil de silhouette urbaine et le rayonnement annuel reçu. Le procédé est expliqué et détaillé dans une étude publiée sur le site de la revue Nature Energy. Ces recherches montrent que le rayonnement solaire total reçu chaque année par une surface urbaine spécifique peut se quantifier à partir de deux paramètres déduits du profil de silhouette urbaine : le facteur de visibilité du ciel (ou sky view factor), qui correspond à l'hémisphère céleste visible à partir d'un lieu particulier, et le facteur de couverture solaire (ou sun coverage factor), qui indique la quantité de lumière solaire reçue. Le premier paramètre permet d'estimer la quantité de rayonnement liée à la lumière diffusée, et le deuxième, celle reçue directement du soleil. Ces deux paramètres sont faciles à obtenir à partir du profil de silhouette urbaine. L'étude permet de démontrer que ces deux facteurs viennent réduire significativement la complexité de traitement du problème.

Boîte à outils de logiciels

L’équipe de recherche PVMD (Photovoltaic Materials and Devices) vient donc d'incorporer cette méthode dans une boîte à outils de logiciels, capable de calculer avec précision la production d'énergie de systèmes photovoltaïques, quel que soit le lieu. Ces recherches ont été menées dans le cadre du programme Solar Urban de l'université de technologie de Delft (Pays-Bas). Les travaux ont été publiés sur le site de la revue Nature Energy.

Source : Université de technologie de Delft (Pays-Bas)