L'équipe de l'Université du Qatar optimise la conception de serres photovoltaïques semi-transparentes, augmentant la production d'énergie de 20,1 %

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université du Qatar (Qatar University), avec la participation de l'Université BRAC (BRAC University) au Bangladesh et de l'Université de Shanghai Maritime (Shanghai Maritime University) en Chine, a proposé une nouvelle configuration géométrique pour les serres photovoltaïques semi-transparentes (STPV). Cette nouvelle configuration permet d'obtenir une production d'électricité plus élevée sans modifier la superficie totale occupée par la serre ni la surface de couverture photovoltaïque.

L'idée de conception consiste à concentrer une plus grande proportion de la surface STPV sur le toit orienté au sud et les murs verticaux, tout en l'adaptant aux conditions climatiques locales du Qatar. L'étude a établi quatre configurations de serre courantes comme témoins : à portée égale (even-span), à portée inégale (uneven-span), en treille (vinery) et en arche modifiée (modified-arch), toutes modélisées avec les mêmes modules photovoltaïques semi-transparents bifaciaux à double verre de type p de 280 W. Chaque serre occupe une superficie de 24 m², avec une surface STPV effectivement installée de 71 m².

Les chercheurs ont d'abord réalisé une évaluation de référence des quatre configurations traditionnelles avec des paramètres géométriques fixes, puis les ont comparées à la forme initiale de la nouvelle configuration ; ensuite, ils ont introduit l'algorithme d'optimisation par cartographie moyenne-variance améliorée (IMVMO) pour optimiser la nouvelle configuration. Cet algorithme appartient aux méthodes d'optimisation métaheuristiques et peut utiliser la longueur, la largeur, la hauteur maximale de la serre ainsi que les angles d'inclinaison du toit et des murs comme paramètres d'ajustement, avec pour objectif de maximiser la production annuelle d'électricité. Par rapport à l'algorithme d'optimisation par cartographie moyenne-variance (MVMO), l'IMVMO ajoute des mécanismes visant à éviter la convergence prématurée et le piégeage dans des optimums locaux, afin d'améliorer la robustesse lors de la résolution de problèmes d'optimisation complexes.

En ce qui concerne la comparaison de la production d'électricité, la nouvelle configuration surpasse les quatre configurations traditionnelles de spécifications identiques, à conditions égales de superficie occupée et de surface STPV : le gain énergétique par rapport à la configuration en treille est de 56,86 %, par rapport aux configurations à portée égale et en arche modifiée, il est respectivement de 25,14 % et 24,60 %, et par rapport à la configuration à portée inégale, il est de 6,03 %. En ce qui concerne la composition de la production, les murs verticaux de la nouvelle configuration contribuent à hauteur de 7 518,3 kWh, tandis que la partie du toit contribue à hauteur de 5 493,5 kWh. Avant l'optimisation des paramètres, la serre était définie avec une longueur de 6 mètres, une largeur de 4 mètres, une hauteur maximale de 3 mètres et un angle d'inclinaison du toit de 50 degrés ; après optimisation par IMVMO, les dimensions géométriques ont été ajustées à 4 mètres × 6 mètres, avec une hauteur maximale de 2,5 mètres et un angle d'inclinaison du toit de 26 degrés, ce qui a permis d'augmenter la production annuelle d'électricité de 20,1 % par rapport à avant l'optimisation.

Dans la conclusion de leur article, l'équipe de recherche souligne que cette méthode d'optimisation démontre le rôle important de la sélection stratégique des paramètres dans la conception de serres économes en énergie, et que les résultats de la recherche fournissent également une référence pratique précieuse pour l'intégration de solutions d'énergie renouvelable dans l'agriculture moderne. L'article connexe a été publié dans Energy Reports sous le titre « Optimizing semi-transparent PV-integrated greenhouse: A novel design for enhanced solar energy harvesting ».