En période estivale, sous les fortes chaleurs, les rendements des cellules photovoltaïques s’effondrent littéralement. Il faut dire que le silicium cristallin ne donne pas sa pleine mesure quand les températures s’envolent et que l’absence de vent ne permet aucune ventilation sous les panneaux intégrés en toiture. Pour pallier le problème, la société SUNiBRAIN a développé un process de régulation thermique via des aspersions d’eau de pluie sur les capteurs. Une « thérapie » rafraîchissante qui dope les rendements, nettoie les capteurs et leur assure une meilleure longévité. Coup de projecteur sur cette invention brevetée !
Si sur un plan purement esthétique, l’intégration des modules photovoltaïques en toiture à la française est une réussite, elle est en revanche beaucoup plus discutable sur le plan de l’efficacité énergétique des systèmes solaires installés de la sorte. Ne faisant qu’un avec la toiture et faiblement exposés à une quelconque ventilation, les modules ont souvent du mal à donner leur pleine mesure lors des étuves estivales, ces jours où le soleil flamboie et accable les toits des bâtiments sans la moindre brise rafraîchissante. Pourquoi alors ne pas tenter de rafraîchir les systèmes en les aspergeant d’eau ? Cette idée fleurit dans l’esprit de quelques professionnels du secteur. Des initiatives sont même lancées mais demeurent à un stade artisanal. Rien qui ne corresponde en tous les cas à quelque standard industriel que ce soit, en vue d’une commercialisation à grande échelle. Si ce n’est le projet SUNiBRAIN développé par Nicolas Cristi et son partenaire André Macq.
Eliminer les températures extrêmes et réduire les cycles thermiques
SUNiBRAIN, c’est l’histoire de la rencontre de deux hommes et de deux volontés communes. André Macq, ex-banquier spécialisé dans l’énergie, consultant en financement de projets et accessoirement investisseur dans le solaire photovoltaïque avec plusieurs parcs en Europe, s’attache en 2011 les services de Nicolas Cristi en tant que contractant général pour le montage de projets de bâtiments photovoltaïques. « Dans le cadre de ce projet, j’ai tendu la perche à André Macq pour réaliser une installation test dotée d’un système de régulation thermique. Il a saisi la balle au bond. Loin de tout amateurisme, l’idée de notre association était, à termes, de donner une issue commerciale aux produits développés » souligne Nicolas Cristi. En 2013, la société SUNiBRAIN, quatre salariés à ce jour, est donc créée à cet effet, après deux ans d’expériences et de recherches, sur fond de haut niveau d’exigence. « Notre objectif est de développer un produit 100% fiable basé sur des contrôles méticuleux et très précis. Avec force résultats à l’appui. Une technologie qui a nécessité un dépôt de brevet et une PCT » poursuit le chef d’entreprise. A première vue, la maîtrise de la technique paraît simple. Mais à y regarder de près, elle inclut de nombreuses barrières technologiques fort complexes à résoudre. Il faut dire qu’il n’existait pas auparavant de référent qui associe des systèmes hydrauliques sur des centrales électriques photovoltaïques. « Nous partions d’une feuille blanche. Il s’agit là d’un saut dans l’inconnu. Il nous a fallu appréhender la compréhension du phénomène et trouver la solution » assure Nicolas Cristi. Les inventeurs ont ainsi travaillé sur la micro-météorologie des sites et opté pour un système 100% automatique, au sein duquel, l’intelligence serait capable de gérer dans le même temps les systèmes de régulation thermiques avec les actions correctives et préventives associées du champ photovoltaïque. Ce système devait être en capacité de s’adapter sur n’importe quel site. Objectif : Eliminer les températures extrêmes de fonctionnement et réduire les cycles thermiques qui sont les deux principaux facteurs de baisse de la production. L’idée n’est pas tant d’atteindre la température optimale en termes de fraîcheur mais d’obtenir le compromis le plus rentable possible, entre le gain de production électrique et la consommation d’eau de pluie.
+10% de production attendue en métropole, +12% dans les DOM-TOM
La chose est connue. Les capteurs photovoltaïques affichent un climax de production lorsque les températures avoisinent les 20°C. C’est là que le ratio coefficient de température/puissance est maximal. Au-delà , la production perd 0,5% pour chaque degré supplémentaire. En plein été, sous le cagnard de la mi-journée, les pertes peuvent se monter à près de 30%. On mesure là l’intérêt d’un système qui permettrait de réduire les températures en dopant la productivité des cellules photovoltaïques confinées en toiture. SUNiBRAIN a donc développé la solution ad hoc, une installation qui comprend trois équipements tous fabriqués en France, en Midi-Pyrénées. Elle a mis au point un circuit d’aspersion intégrable en toiture qui ne remet en rien en cause la décennale, ni la garantie des modules. « Ce circuit s’installe très rapidement in situ, sans percement ni surcharge de la toiture. Il peut se mettre en place en deuxième monte car il s’adapte à plus de 80% des systèmes d’intégration existants » souligne Nicolas Cristi. Deuxième étape : Le stockage de l’eau. L’eau de pluie est collectée par des chéneaux et filtrée avant de partir vers une citerne dure ou souple, au choix. A la sortie de ces réservoirs, l’alimentation en eau s’effectue via un local technique hydraulique « Plug&Cool » qui déclenche l’action d’arroser grâce au cerveau du système, le calculateur PTR(pour Photovoltaic Thermal Regulator) , troisième élément breveté, indispensable, qui recèle toute l’intelligence du process. « Le calculateur PTR gère les différentes actions de régulation thermique en fonction des critères analysés : Température en hausse mesurée par une matrice de capteurs, coefficient d’évaporation, vitesse du vent, état de la centrale PV, caractéristiques de l’eau à disposition, Les algorithmes permettent de prendre les bonnes décisions au bon moment » assure Nicolas Cristi.
Et cela fonctionne plutôt bien. L’installation test située en Midi-Pyrénées est notamment suivie par le bureau d’études Tecsol via son outil très performant de monitoring Tecsol Analytics. « Nous tenions à ce que notre action soit validée et certifiée par un bureau d’études de référence, comme l’est Tecsol avec ses plus de trente ans d’expérience » reconnaît Nicolas Cristi. Et les graphiques ne trompent pas. Ils montrent clairement que lors d’une belle et chaude journée ensoleillée, la température des panneaux est stabilisée entre 40 et 45°C contre plus de 65°C en temps normal. Avec à l’avenant, des hausses de production plus que substantielles. Les premiers résultats font apparaître sur l’année 2013 un surplus d’environ 7% de la production annuelle. En optimisant le système, les 10% pourraient être atteints. Dans les DOM-TOM, les gains générés pourraient même atteindre les 12%.
L’effet anti vieillissement de Sunibrain
Au-delà du seul rafraîchissement des cellules qui dope la productivité des centrales intégrées en toiture, le système SUNiBRAIN dispose de deux avantages supplémentaires. L’un est évident. L’aspersion par l’eau permet un nettoyage régulier des panneaux avec à la clé un état de propreté des centrales tout au long de l’année. Exit également les problèmes d’encrassement des bordures de cadres qui rognent là aussi quelques kWh au fil des ans. L’autre avantage du système SUNiBRAIN, c’est son effet anti vieillissement sur les cellules. « A hautes températures entre 80 et 90°C, le matériel photovoltaïque est stressé. Les grandes chaleurs peuvent créer des dysfonctionnements irréversibles des cellules ou des bulles sur la membrane EVA. La technologie SUNiBRAIN, c’est un peu l’hygiène de base du panneau photovoltaïque. Ainsi rafraîchis et nettoyés, les panneaux ne sont plus soumis à ces phénomènes de dégradation du matériel. La régulation tempérée assure ainsi une protection des centrales solaires sur toute leur durée de vie avec un ralentissement incontestable du vieillissement des cellules.
Quelle est la rentabilité de cet équipement? Selon la centrale et le tarif d’achat, le temps de retour de l’investissement se situe entre quatre et sept ans. La cible : Plutôt des installations dont la puissance dépasse 200 kWc. La régulation thermique peut également avoir toute sa pertinence dans le cas des serres photovoltaïques grâce notamment à la mutualisation des réseaux hydrauliques entre irrigation et rafraîchissement. « Notre technologie aurait également pour effet de réduire la température de la serre et d’en augmenter le volume utile grâce au refroidissement de la couche d’air supérieure. De quoi faire monter davantage les végétaux sur la hauteur dans la serre » ajoute Nicolas Cristi. Le lancement commercial de SUNiBRAIN a eu lieu lors de ce printemps 2014
Encadrés
La technologie SUNiBRAIN inspirée par les feuilles d’arbres
Pour développer son concept de régulation thermique par aspersion, SUNiBRAIN a fait appel à Mme Laura Martin, docteur es-Science des Matériaux qui Å“uvre actuellement à Alicante en Espagne. « Nous avons, en fait, transposé l’analyse de l’évapo-transpiration des plantes au photovoltaïque. Il existe en effet une corrélation entre la température et la perte d’eau d’une feuille d’arbre, tout comme il existe une corrélation entre la température de la cellule photovoltaïque et sa production d’électricité. C’est sur la base de cette audacieuse comparaison qu’est née la solution commerciale SUNiBRAIN» confie Nicolas Cristi. SUNiBRAIN a développé un cadre d’analyse autour du concept dûment adapté à l’usage du refroidissement photovoltaïque, l’évapo-dissémination, ce qui a permis de réduire la consommation d’eau par un facteur 15, tout en étant plus efficace. Comme disait Emmanuel Kant : « La nature agit, l’homme fait ».
Sunibrain, une JEI admissible à l’innovation des appels d’offres CRE
Par son travail de recherche, le projet SUNiBRAIN a acquis le statut envié de Jeune Entreprise Innovante (JEI). Le statut de JEI est réservé aux entreprises de moins de huit ans qui engagent des dépenses de recherche et développement importantes, sous réserve que ces entreprises répondent à plusieurs conditions strictes. Le statut a été crée par la Loi de finances de 2004. Il confère un certain nombre d’avantages liés à la poursuite des efforts de recherche, ainsi que quelques allégements fiscaux. Ce statut permet également aux clients de SUNiBRAIN de glaner de précieux points dans la composante innovation des appels d’offres CRE. Par ailleurs, l’Incubateur Midi-Pyrénées a choisi d’accompagner SUNiBRAIN pour la mise sur le marché de sa technologie innovante de refroidissement photovoltaïque. Une jolie caution scientifique et technique !
SUNiDAY 2014 aura lieu le 13 juin au Bazacle EDF
Qu’est-ce que SUNiDAY ? C’est une table ronde réservée aux grands noms de la filière photovoltaïque, à l’occasion d’un déjeuner sur la Garonne. Une rare opportunité pour Toulouse de réunir des professionnels venus des quatre coins du pays ! André Joffre de la société Tecsol fera part de son analyse sur les performances du système d’optimisation SUNiBRAIN. S’en suivront les interventions du chargé de mission de l’ADEME Thierry de Mauléon, et de Nicolas Cristi et André Macq, dirigeants de SUNiBRAIN. Le thème de cette réunion sera « l’upgrading des toitures photovoltaïques existantes ».
Ce sera l’occasion pour SUNiBRAIN de présenter son nouveau calculateur PTR : une version 2 plus communicante et plus facile d’usage pour les exploitants, mais aussi plus modulaire pour des centrales photovoltaïques intelligentes! L’organisation de la première édition d’un tel événement a d’ores et déjà suscité un engouement chez les industriels du secteur. C’est un événement à ne pas manquer !
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