Cadastre solaire de la Savoie CADSOL73

Evaluation du potentiel solaire de chacun des bâtiments et parkings du Département de la Savoie. Il contient notamment l’histogramme de répartition de l’irradiation incidente sur chaque toiture et parking (gisement brut), ainsi qu’une évaluation de la rentabilité économique d’une installation photovoltaïque en toiture.

Le gisement solaire des toitures est calculé en corrigeant les données météorologiques mesurées sur le territoire pour prendre en compte les masques (ombrages), l’orientation et l’inclinaison des toitures. Le calcul est d’abord effectué au niveau de chaque mètre carré de toiture de chaque bâtiment, avant d’être agrégé au niveau de la toiture dans son entièreté pour permettre une meilleure exploitation des résultats. Les paragraphes ci-dessous détaillent les étapes successives du calcul.
Pour les parkings:

• Les emprises au sol des parkings sont extraites de la base de données OpenStreetMap.
• Le Modèle Numérique de Surface (MNS) est arrasé au niveau des parkings avant le calcul des ombrages. Cela permet de simuler le cas où les arbres sont retirés des parkings avant la pose des ombrières, dans le but d’augmenter l’énergie solaire incidente.
• Le calcul d’irradiation est effectué à une hauteur de 3,5 m et une inclinaison de 5° plein Sud. Cette configuration permet d’estimer au mieux l’irradiation incidente sur des modules photovoltaïques posés en ombrières. Il est à noter que les ombrières sont simulées avec une orientation plein Sud à défaut de connaître l’orientation exacte des places de parc.

Données météorologiques locales
L’estimation du gisement solaire se base sur les données météorologiques de la base de données MeteoNorm. Cette dernière est reconnue comme l’une des plus fiables par les professionnels de l’énergie solaire et de l’énergétique du bâtiment. Elle combine des observations au sol et satellitaires, ce qui permet à la fois de refléter fidèlement le microclimat local (grâce aux stations au sol) et d’offrir une couverture spatiale complète sur le territoire (grâce aux données satellitaires).
Les données MeteoNorm offrent l’avantage de distinguer les deux composantes du rayonnement solaire :

• Le rayonnement direct, qui correspond aux rayons solaires atteignant directement le sol
• Le rayonnement diffus, qui correspond aux radiations émises par l’atmosphère.
  Ces deux types de rayonnement sont pris en compte lors du calcul des ombres portées (cf. Prise en compte des masques ci-dessous).
  Afin de fournir des résultats représentatifs de la météorologie caractéristique du territoire, les données MeteoNorm sont moyennées sur 20 ans en préalable aux calculs d’irradiation. Cette méthodologie garantit que les résultats fournis ne sont pas significativement impactés par une année extrême ou singulière.

Identification des points de calcul
Les points de calcul sont déterminés à partir des emprises au sol de tous les bâtiments du territoire, extraites du thème « bâti » de la couche BD TOPO de l’IGN. Une opération dite de « rasterization » permet d’extraire tous les carrés de 1 m x 1 m situés au niveau de chaque toiture.

Prise en compte des masques
Les masques (ombrages) sont pris en compte en calculant la ligne d’horizon de chacun des pixels de 1 m² identifiés au point précédent.
La géométrie du territoire est obtenue à partir du Modèle Numérique de Surface (MNS) de l’IGN, qui permet de connaître l’altitude du sursol (faîte des toitures, cimes des arbres) en tout point du territoire avec une résolution de 25 cm. Ce MNS est obtenu par photogrammétrie, c’est-à-dire qu’il est issu de la corrélation automatique entre plusieurs clichés aériens d’une même zone pris sous différents angles de vue. Le fait que les bâtiments et la végétation soient inclus dans le MNS garantit que tous les ombrages potentiels sont pris en compte.
Le calcul de la ligne d’horizon à proprement parler se base sur une approche par lancer de rayon. Pour chacun des 360 degrés composant le tour d’horizon au point considéré, nous identifions le point le plus haut du MNS dans la direction donnée. Par simple trigonométrie, ce point permet ensuite de déterminer l’angle d’élévation de la ligne d’horizon dans la direction en question.
Contrairement à plusieurs autres solutions de cadastres solaires, Archelios MAP prend en compte l’effet du masque sur le rayonnement diffus en plus de calculer son impact sur le rayonnement direct. En effet, les obstacles peuvent masquer le soleil mais aussi cacher une partie de la voûte céleste d’où émane le rayonnement diffus. Ainsi, même un obstacle situé au Nord d’une installation photovoltaïque peut avoir un impact important sur la production.

Prise en compte de l’inclinaison et de l’orientation des toitures
Les valeurs d’irradiation extraites de la base de données MeteoNorm sont mesurées à l’horizontale. Elles sont donc ici corrigées pour prendre en compte l’inclinaison et l’orientation de chacun des points de calcul.
L’inclinaison et l’orientation de chaque carré de 1 m² sont déterminées sur la base des valeurs d’élévation issues du MNS de l’IGN en calculant le plan moyen passant au travers du pixel de 1 m² considéré et de ses 8 voisins.
Pour le calcul des valeurs d’irradiation sur un plan incliné à 15° plein Sud, l’inclinaison et l’orientation des points de calcul sont respectivement fixées à 15° et 180° quel que soit l’emplacement des points. De même, pour le calcul des valeurs d’irradiation sur un plan incliné à 60° plein Sud, l’inclinaison et l’orientation sont fixées à 60° et 180°.
Calcul de l’irradiation incidente
Une fois le masque, l’inclinaison et l’orientation déterminés, l’irradiation solaire incidente est calculée au niveau de chaque point de calcul heure par heure sur une année complète (cf. illustration au paragraphe Prise en compte des masques ci-dessus). Les résultats horaires sont ensuite sommés pour fournir l’énergie totale incidente sur une année.

Agrégation au niveau de chaque toiture
Les valeurs calculées au niveau de chaque m² de toiture sont agrégées par bâtiment afin de fournir des indicateurs globaux permettant de classifier les toitures entre elles.
Pour ce faire, les emprises au sol de tous les bâtiments du territoire sont extraites du thème « bâti » de la couche BD TOPO de l’IGN. Ces emprises sont utilisées pour identifier l’ensemble des pixels de 1 m² situés à l’intérieur de chaque bâtiment, qui permettent de remonter aux valeurs d’irradiation correspondantes. Les valeurs d’irradiation extraites au niveau de chaque bâtiment sont ensuite utilisées pour calculer un ensemble d’indicateurs pour chaque toiture (cf. Table des champs pour un descriptif complet).