Introduction : Le « cerveau météorologique intelligent » des centrales photovoltaïques
Avec le développement à grande échelle des centrales photovoltaïques, la complexité croissante des scénarios et l'amélioration des opérations, les capteurs météorologiques traditionnels, décentralisés et indépendants, peinent à répondre aux exigences des centrales modernes en matière de cohérence des données, de fiabilité du système et de prise de décision intelligente. L'émergence de stations météorologiques intégrées répond à ce besoin. Loin d'être de simples assemblages de capteurs, elles constituent, grâce à une conception intégrée, une plateforme de données unifiée et une intégration algorithmique poussée, un véritable « cerveau météorologique intelligent » pour la perception et la réponse intelligente de l'ensemble de la centrale, devenant ainsi l'infrastructure essentielle à la transformation numérique et intelligente des centrales photovoltaïques.
I. Concept fondamental : Des données discrètes à l'intelligence convergente
L'avancée majeure de la station météorologique intégrée réside dans la mise en place d'une boucle fermée de « perception – transmission – prise de décision » :
Intégration physique : des capteurs clés, tels que le rayonnement solaire total, le rayonnement direct, le rayonnement diffusé, la température du substrat des composants, la température et l’humidité ambiantes, la vitesse et la direction du vent, la pression atmosphérique et les précipitations, sont intégrés dans une tour robuste optimisée sur les plans aérodynamique et thermodynamique. Cette intégration élimine les erreurs de représentativité spatiale des données dues à une configuration multisite, garantissant ainsi que tous les paramètres météorologiques proviennent d’un même point et d’un même instant, ce qui permet une modélisation précise.
Fusion de données : Le collecteur de données haute performance intégré synchronise, normalise et effectue un contrôle qualité préliminaire sur des données multi-sources en termes de temps, et les télécharge vers le cloud ou le centre de données local via un protocole de communication unifié (tel que 4G/5G, fibre optique), formant un « cube de données météorologiques » de haute qualité et très opportun.
Noyau intelligent : intégrant des capacités de calcul en périphérie, il peut exécuter directement des algorithmes de base à l'extrémité de la station, tels que le calcul en temps réel de l'irradiance planaire (POA), la puissance théorique des modules photovoltaïques, la reconnaissance de l'état météorologique (ensoleillé/nuageux/pluvieux), etc., réalisant une transformation immédiate des « données brutes » en « informations disponibles ».
II. Composition du système et innovation technologique
1. Groupe de capteurs intégré
Kit de surveillance des rayonnements : Il utilise des radiomètres à spectre complet optimisé de même niveau (par exemple, ISO 9060:2018 classe A) et des radiomètres à suivi diurne direct pour garantir des données d’irradiation précises et comparables. Certains modèles avancés intègrent des imageurs grand angle pour capturer en temps réel les trajectoires des nuages.
Perception environnementale multidimensionnelle : anémomètre et girouette à ultrasons de haute précision (sans pièces mobiles et nécessitant peu d'entretien), capteur de température à résistance de platine, capteur capacitif d'humidité et de précipitations, tous ont été renforcés dans leur conception pour les environnements photovoltaïques (tels que les champs électromagnétiques forts et les niveaux élevés de poussière).
Mesure directe de l'état des composants : La mesure directe de la température de la face arrière de modules photovoltaïques représentatifs constitue la base la plus directe pour corriger les pertes de température et évaluer les conditions de dissipation de chaleur.
2. Unité d'acquisition de données intelligente et de calcul en périphérie
Il comprend des fonctions de collecte synchrone multicanal, de stockage local de grande capacité et de reprise après interruption.
Il est équipé d'un modèle d'algorithme dédié à l'industrie photovoltaïque, qui peut calculer en temps réel la valeur de référence du rapport puissance/performance théorique (PR) de la centrale électrique, et générer une prédiction de puissance préliminaire et une alarme d'anomalie.
3. Système de garantie d'alimentation électrique et de communication fiable
La solution d'alimentation électrique hors réseau « photovoltaïque + stockage d'énergie » est adoptée pour assurer un fonctionnement ininterrompu 24h/24 et 7j/7.
Prise en charge de la communication redondante à double liaison pour assurer une transmission de données stable par mauvais temps.
III. Scénarios d'application principaux et création de valeur
Le flux de données de la station météorologique intégrée est profondément intégré à chaque maillon opérationnel de la centrale photovoltaïque, créant ainsi une valeur multidimensionnelle :
Prédiction de haute précision et optimisation des transactions de capacité de production d'énergie
Soutien à la prévision multi-échelle : Les données de haute qualité et cohérentes fournies constituent un élément essentiel pour la correction de la localisation des modèles de prévision numérique du temps (PNT) et des modèles de prévision par apprentissage automatique. Elles permettent d’améliorer significativement la précision des prévisions de puissance à court terme (de l’heure au lendemain) et à très court terme (0 à 4 heures), de réduire les pénalités liées à l’évaluation du réseau dues aux écarts de prévision et de fournir un élément décisionnel clé pour les échanges au comptant sur le marché de l’électricité.
Valeur de l'étude de cas : Après le déploiement d'une station météorologique intégrée dans une grande centrale électrique de montagne de la province du Shanxi, la précision de ses prévisions à J+1 a été portée à plus de 93 % et le coût annuel d'évaluation a été réduit de plus d'un million de yuans.
2. Contrôle approfondi des performances et exploitation et maintenance précises des centrales électriques
Analyse comparative des performances affinée (analyse PR) : Sur la base des données mesurées d'irradiation POA et de température du fond de panier, des calculs de valeurs PR quotidiens et mensuels et des analyses de tendances peuvent être effectués pour l'ensemble de la station, chaque sous-réseau et chaque unité d'onduleur, identifiant rapidement les pertes de performance causées par l'atténuation des composants, l'occlusion, la saleté et les défauts électriques.
Guidage intelligent pour l'exploitation et la maintenance : grâce à l'intégration de modèles de précipitations, de vitesse du vent et d'accumulation de poussière (via une analyse d'atténuation du rayonnement), un plan de nettoyage économique optimal est élaboré dynamiquement. À partir des données de température et de vitesse du vent, la dissipation thermique et le mode de fonctionnement de l'onduleur sont optimisés.
Détection et diagnostic précoces des pannes : comparaison en temps réel des différences entre la production d'énergie théorique et la production d'énergie réelle, et détection précoce des anomalies au niveau des chaînes (telles que les points chauds, les défauts de câblage).
3. Sécurité des actifs et gestion des risques
Défense intelligente contre les conditions météorologiques extrêmes : surveillance en temps réel des vents violents (déclenchement du mode anti-vent du système de suivi), des fortes pluies (activation du système de drainage), des fortes chutes de neige (alerte sur les charges des composants), des orages (préparation anticipée à la protection contre la foudre), etc., permettant de passer d'une « réponse passive » à une « défense active ».
Évaluation des actifs et assurances : Fournir des données météorologiques et environnementales faisant autorité, continues et inaltérables, offrant des preuves crédibles pour les transactions d’actifs de centrales électriques, les demandes d’indemnisation et l’évaluation des pertes dues aux catastrophes.
4. Assurer le bon fonctionnement des modules bifaciaux et des systèmes de suivi
Pour les centrales électriques utilisant des modules bifaciaux, la station météorologique intégrée peut non seulement mesurer l'irradiation frontale, mais aussi son rayonnement diffusé et les données de réflectance du sol sont cruciales pour évaluer le gain de production d'énergie côté arrière.
Fournir les données les plus précises sur la position solaire et l'irradiation pour les systèmes de suivi mono-axial horizontaux et mono-axiaux obliques, réaliser une optimisation dynamique des angles de suivi et maximiser la capture d'énergie.
IV. Tendances de développement : Des systèmes de surveillance au moteur central des jumeaux numériques dans les centrales électriques
À l'avenir, les stations météorologiques intégrées évolueront vers un niveau d'intelligence et d'intégration système plus élevé :
1. Intégration poussée de l'IA : En tirant parti des puces d'IA embarquées, la prédiction du mouvement des nuages basée sur la reconnaissance d'images et l'auto-apprentissage ainsi que l'optimisation des modèles de prédiction d'irradiation et de puissance basés sur des données historiques sont réalisées.
2. Nœuds clés du jumeau numérique : En tant que « capteur environnemental » le plus précis entre la centrale électrique physique et la centrale électrique virtuelle numérique, les données en temps réel constituent l'entrée principale qui pilote la simulation, la déduction et l'optimisation du modèle de jumeau numérique, permettant ainsi la répétition et l'optimisation de la stratégie dans l'espace virtuel.
3. Participer à l'interaction avec le réseau : En tant que « terminal de détection » de la centrale électrique virtuelle agrégée (VPP), il fournit une prédiction rapide et fiable de la capacité de régulation de la centrale pour le réseau, prenant en charge des services auxiliaires tels que la régulation de fréquence et l'écrêtement des pointes pour le réseau.
Conclusion : Seule une perception précise permet d’avancer avec la lumière
L'intégration de stations météorologiques intelligentes marque une nouvelle étape dans l'exploitation des centrales photovoltaïques. Cette intégration se caractérise par une perception précise et globale des données, une intégration poussée de celles-ci et une prise de décision collaborative et intelligente. Elle simplifie la complexité des paramètres météorologiques en les transformant en instructions claires, garantissant ainsi un fonctionnement sûr, efficace et intelligent de la centrale. Aujourd'hui, face à la pleine maturité de l'énergie photovoltaïque et à une concurrence de plus en plus féroce, investir dans un tel « cerveau météorologique intelligent » n'est plus seulement une option technique pour augmenter les revenus de production d'électricité ; c'est un choix stratégique pour assurer la sécurité des actifs, renforcer la compétitivité des centrales et anticiper le développement futur de l'Internet de l'énergie. Grâce à cette technologie, les centrales photovoltaïques acquièrent une véritable capacité de production moderne, basée sur la connaissance du moment, l'observation des détails et l'optimisation du fonctionnement, et progressent de manière constante et durable sur la voie de l'exploitation de l'énergie lumineuse.
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Date de publication : 17 décembre 2025