afterFIT utilise des simulations projets 3D pour créer des fermes solaires comme celle-ci à Ishikari, Hokkaido, Japon. Avec l’aimable autorisation d’afterFIT.
Au Japon, la société d’énergie verte afterFIT réalise des objectifs à faible émission de carbone à l’aide de drones, de conception 3D et de simulation.
- Les initiatives mondiales en matière d’énergie verte poussent les pays vers les énergies renouvelables.
- Au Japon, afterFIT cherche des moyens d’exploiter l’énergie solaire dans les zones montagneuses du pays.
- afterFIT utilise des simulations projets 3D pour réduire l’impact des ombres sur la production d’énergie solaire.
L’élimination des émissions de gaz à effet de serre d’ici la seconde moitié de ce siècle est devenue un mouvement mondial. Initialement proposé par l’UE en 2019, cet objectif a été repris par les plus grands consommateurs d’énergie au monde, à savoir la Chine, les États-Unis et le Japon. Yoshihide Suga, le Premier Ministre japonais, a déclaré que pour atteindre zéro émission d’ici 2050, le pays devait obtenir 46% de son énergie à partir de sources renouvelables d’ici 2030.
Le développement du secteur des énergies renouvelables au Japon a pris du retard en raison des coûts élevés de construction et d’entretien et des problèmes d’efficacité. Malgré ces problèmes, le système de tarifs de rachat (FIT) du Japon a été lancé en juillet 2012, poussant le développement de l’avant en mettant l’accent sur l’énergie solaire. Cela a conduit à une augmentation spectaculaire de la production d’énergie renouvelable du pays : bien que seulement 8 % de l’énergie du Japon provenait de sources renouvelables en 2010, en 2019, ce chiffre était passé à 18 %.
Pour atteindre l’objectif écologique du pays, les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne doivent continuer à croître et être maintenues même après la fin du système FIT. La société solaire afterFIT est devenue une force majeure dans la quête du Japon pour une économie à faible émission carbone. Depuis sa fondation, afterFIT a fourni l’EPC (ingénierie, approvisionnement et construction) pour 214,9 mégawatts de production d’énergie solaire et exploite ses propres parcs solaires, qui génèrent 104 mégawatts.
Équilibrer l’efficacité et les coûts en terrain difficile
Pour exploiter une entreprise d’énergie renouvelable au Japon, où les terres disponibles sont rares et souvent montagneuses, une entreprise a besoin de pratiques efficaces pour contrôler les coûts de construction. afterFIT utilise la technologie numérique et des méthodes de construction axées sur les détails pour développer des systèmes qui maximisent le potentiel énergétique d’un emplacement donné.
« afterFIT est spécialisé dans la production, le transport et la vente d’électricité verte ; nous utilisons activement la technologie et les données pour résoudre les problèmes de décarbonisation au Japon », a déclaré Kanzo Tanimoto, PDG d’afterFIT. « Nous abordons les systèmes existants avec de nouvelles idées. Par exemple, afin de résoudre la pénurie de centrales électriques au Japon, nous rechercherons un site adapté à une centrale électrique en analysant les données satellitaires. Pour concevoir des centrales photovoltaïques, nous avons introduit les conceptions en 3D les plus avancées de l’industrie et effectué des simulations solaires sur 24 heures pour minimiser l’influence néfaste des ombres.
Eri Shiraga, de l’équipe de conception d’afterFIT, approfondit l’approche de l’entreprise : « Tout d’abord, nous devons étudier comment nous pouvons développer un site de manière rentable. Nous examinons la quantité de terres que nous devons apporter ou supprimer, ainsi que d’autres travaux de défrichement qui doivent être effectués. »
En plus des panneaux et des convertisseurs de puissance, les méga projets solaires nécessitent également un équipement de mesure de la lumière solaire et des routes d’accès pour l’entretien. « Lorsque vous construisez des routes pour le personnel d’entretien et les véhicules, vous devez maintenant commencer à penser au drainage de l’eau et à de nombreux autres facteurs de conception », explique Shiraga. « L’accumulation d’eau peut éroder les zones entourant les fondations des panneaux, ce qui pourrait les faire tomber. Nous nous efforçons d’utiliser efficacement le peu de terres dont nous disposons, par exemple en acheminant des canaux d’eau le long des routes d’entretien ou en utilisant des canalisations enterrées.
L’efficacité des panneaux solaires dépend fortement de leur positionnement et de leur orientation. « L’angle et la hauteur d’installation idéaux sont uniques à chaque site d’installation », explique Shiraga. « Par exemple, pour les projets à Hokkaido, nous devons prendre en compte les chutes de neige. Pour les régions autour de Tokyo, les panneaux sont généralement installés sur des supports de moins d’un mètre de haut, mais à Hokkaido, les panneaux sont installés à des hauteurs allant jusqu’à 3,5 mètres et à des angles allant jusqu’à 30 degrés.
Les installations à ces hauteurs et angles entraînent des gains d’efficacité énergétique, mais entraînent également des coûts d’installation plus élevés. Shiraga dit que pour une méga installation solaire, élever les panneaux de seulement 50 centimètres peut augmenter les dépenses de dizaines de millions de yens, de sorte que les coûts de telles modifications doivent être évalués par rapport à leurs avantages. « Le fait de modifier l’angle d’un panneau de même 1 degré peut entraîner une grande différence dans la quantité d’énergie générée, nous travaillons donc étroitement avec notre équipe d’analystes au fur et à mesure que nous progressons dans le travail de conception.
Utiliser la conception 3D pour combattre les ombres
Pour concevoir une ferme solaire, afterFIT utilise des drones pour prendre des photographies aériennes afin de générer un nuage de points dans Autodesk ReCap, qui est utilisé ensuite pour créer une cartographie terrain précise dans Autodesk Civil 3D. L’approche de conception 3D permet de prendre en compte les ombres projetées par les arbres ou d’autres objets à proximité afin de déterminer le positionnement qui maximise l’efficacité des panneaux solaires à installer.
Pour maximiser l’efficacité lors de la disposition des panneaux solaires, les panneaux ne peuvent pas projeter d’ombre les uns sur les autres. Selon les études d’afterFIT, projeter une ombre de seulement 3 centimètres sur le bord d’un panneau peut réduire la puissance qu’il génère de plus de 60%. L’entreprise utilise Civil 3D pour déterminer la disposition des panneaux ; à l’aide du module complémentaire Helios 3D, il peut automatiquement disposer des panneaux et effectuer des simulations 3D. Le plan est ensuite visualisé avec Autodesk InfraWorks pour comprendre l’effet des ombres.
Lors de la conception d’un agencement de panneaux qui maximise l’efficacité énergétique, le temps est essentiel. « Habituellement, une date de début d’opération est fixée et la planification commence, mais tant qu’un plan n’est pas en place, le travail de conception ne peut pas se poursuivre. Cela signifie que dans de nombreux cas, le temps alloué au travail de conception est limité », explique Shiraga. L’équipe utilise ce temps pour répéter les simulations de placement, en modifiant les paramètres lorsque même une petite quantité d’ombre est découverte. Ce processus minimise efficacement l’impact des ombres sur les opérations.
La technologie joue également un rôle dans la gestion et la maintenance des sites. afterFIT compte dans son personnel des opérateurs de drones et des spécialistes de l’intelligence artificielle (IA) ; les drones sont utilisés à la fois pour les travaux de relevé laser et d’inspection. Différentes tâches nécessitent différents types de drones, et les travaux d’inspection qui prennent deux jours complets en personne peuvent être effectués par des drones en seulement 15 minutes. La quantité de chaleur dégagée par les panneaux peut aider l’équipe à identifier et à réparer rapidement les panneaux sales, les pièces endommagées ou les problèmes de connexion, ce qui réduit les temps d’arrêt. La recherche et le développement pour l’inspection automatisée des drones sont en cours, tout comme les systèmes de détection et d’analyse des défauts pilotés par l’IA.
Initiatives prospectives en matière d’énergie verte
afterFIT regarde au-delà de la production d’électricité à grande échelle vers d’autres sources d’énergie verte. Son projet d’abri pour auto solaire, qui monte des panneaux solaires sur les auvents de stationnement, est destiné aux stationnements commerciaux et industriels d’environ 100 places. La version du bâtiment commercial place les piliers à l’écart des acheteurs, tandis que la version industrielle est conçue pour maximiser la production d’électricité.
Mizuki Maeda dirige l’équipe de conception du projet de carport. « La plus grande différence par rapport à une ferme solaire est que les abris d’auto sont conçus pour que les gens puissent passer sous les panneaux », dit-elle. « Il s’agit d’une structure de type 4 selon les codes du bâtiment du Japon, ce qui signifie que l’approbation du gouvernement est requise. Cela signifie que nous devons prêter une attention particulière aux calculs de construction.
À cette fin, l’équipe dessine des plans 3D détaillés à l’aide d’Autodesk Inventor et prévoit d’utiliser Inventor Nastran pour effectuer une analyse des contraintes des joints structurels à l’avenir. Pour les carports commerciaux et industriels, afterFIT utilise InfraWorks pour visualiser en 3D le placement des modules par rapport aux voitures et aux personnes, ainsi que pour évaluer comment les ombres changent au cours d’une journée.
Avec l’émergence d’une économie à faible émission carbone, les initiatives des entreprises japonaises en matière d’énergie verte ont radicalement changé d’orientation depuis la seconde moitié de 2020. Les approches des entreprises mettront bientôt l’accent sur des initiatives plus proactives, comme celles d’afterFIT, qui s’intéressent aux problèmes environnementaux plutôt qu’aux entreprises. activités qui sont simplement soucieuses de l’environnement ou qui cherchent à ajouter une valeur environnementale à une transaction.