L’installateur solaire afterFIT booste la transition énergétique au Japon
- Les initiatives mondiales en faveur des énergies vertes poussent les pays vers le renouvelable.
- Au Japon, l’installateur afterFIT s’ingénie à créer des parcs solaires dans le relief montagneux du pays.
- afterFIT utilise des simulations de conception 3D pour réduire l’impact de l’ombre sur la production d’énergie solaire.
L’élimination des émissions de gaz à effet de serre d’ici la deuxième moitié de ce siècle est devenu un leitmotiv mondial. Proposé au départ 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. D’ailleurs, Yoshihide Suga, le Premier ministre japonais, a déclaré que pour parvenir à zéro émission d’ici 2050, le pays doit produire 24 % de son énergie à partir de sources renouvelables d’ici 2030.
Le secteur des énergies renouvelables au Japon a pris du retard en raison des coûts élevés de construction et d’entretien jumelés à des problèmes d’efficacité. Malgré ces difficultés, le système de tarifs d’achat garanti (FIT) lancé en juillet 2012 a boosté le développement du secteur, en particulier celui de l’énergie solaire. S’en est suivie une augmentation spectaculaire de la production d’énergie renouvelable dans le pays, puisque le Japon produisait 18 % d’énergie renouvelable en 2019, contre 8 % seulement en 2010 (PDF, pp. 2 et 14).
Pour atteindre son objectif écologique, le Japon doit continuer de développer et de conserver ses sources d’énergie renouvelable comme le solaire et l’éolien, même après la fin du système de tarifs d’achat garanti. L’entreprise afterFIT est devenue l’un des acteurs majeurs de la mission que s’est fixée le pays de décarboner son bilan énergétique. Depuis sa création, afterFIT a fourni au secteur de l’EPC (ingénierie, approvisionnement et construction) 214,9 mégawatts d’énergie solaire et exploite ses propres parcs solaires, qui génèrent 104 mégawatts.
Trouver l’équilibre entre efficacité et maîtrise des coûts en terrain difficile
Pour exploiter une entreprise d’énergie renouvelable au Japon, où les terres disponibles sont rares et souvent montagneuses, une entreprise doit trouver des pratiques efficaces pour maîtriser les coûts de construction. afterFIT fait appel aux technologies et aux méthodes de construction soucieuse des détails afin de développer des systèmes qui maximisent le potentiel énergétique des sites.
« afterFIT est spécialisé dans la production, le transport et la vente d’électricité renouvelable. Nous cherchons activement des solutions aux problèmes de décarbonisation au Japon en utilisant la technologie et les données, explique le PDG d’afterFIT, Kanzo Tanimoto. Nous abordons les systèmes existants avec de nouvelles idées. Par exemple, pour résoudre le problème de pénurie de centrales électriques au Japon, nous analysons les données satellites afin de trouver un site où les implanter. Nous avons recours à des techniques de conception 3D très sophistiquées et nous réalisons des simulations solaires sur 24 heures pour minimiser l’influence de l’ombre et optimiser ainsi la conception des centrales photovoltaïques. »
Eri Shiraga, de l’équipe de conception afterFIT, approfondit la démarche de l’entreprise : « Nous devons dans un premier temps comprendre comment aménager un site pour qu’il soit rentable. Nous examinons la quantité de terres que nous devons construire ou retirer, ainsi que les autres travaux de défrichement à effectuer. »
En plus des panneaux photovoltaïques et des ondulateurs solaires, les mégaprojets solaires nécessitent des équipements de mesure de l’ensoleillement ainsi qu’un accès routier pour l’entretien. « Nous devons penser à l’écoulement des eaux ainsi qu’à de nombreux autres facteurs au moment de la construction des routes destinées aux véhicules et personnels de maintenance, ajoute Eri Shiraga. L’accumulation d’eau peut éroder les zones qui entourent les fondations du parc solaire et entraîner leur effondrement. Notre but est d’utiliser efficacement la superficie limitée dont nous disposons, en intégrant, par exemple, des conduites d’écoulement d’eau le long de ces routes, ou en optant pour des conduites souterraines. »
L’efficacité des panneaux solaires dépend en grande partie de leur positionnement et de leur orientation. « L’angle d’installation et la hauteur idéale sont uniques à chaque site, continue Eri Shiraga. Par exemple, pour les projets situés à Hokkaidō, nous devons prendre en compte les chutes de neige. Dans les régions situées autour de Tokyo, les panneaux sont généralement installés sur des supports de moins d’un mètre de haut, alors qu’à Hokkaidō, ils sont installés jusqu’à 3,5 m de hauteur et à des angles allant jusqu’à 30 degrés. »
Cela entraîne des gains d’efficacité énergétique, mais aussi des coûts d’installation plus élevés. Eri Shigara explique que le fait de rehausser les panneaux d’un grand parc solaire de 50 cm seulement peut entraîner des dizaines de milliers de yens en frais supplémentaires. C’est pourquoi les coûts de ces modifications doivent être comparés à leurs bénéfices. « En changeant l’angle d’un panneau ne serait-ce que d’un degré, on peut obtenir une énorme différence dans la quantité d’électricité produite. Nous travaillons donc de près avec notre équipe d’analystes au fur et à mesure pour affiner la conception. »
La conception 3D pour combattre les zones d’ombres
Pour concevoir un parc solaire, afterFIT utilise des drones pour prendre des photos aériennes et générer un nuage de points sur ReCap d’Autodesk. On peut ainsi cartographier précisément le terrain sur Civil 3D d’Autodesk. La conception 3D permet ensuite de prendre en compte l’ombre des arbres voisins et des autres objets afin de déterminer la position optimale pour maximiser l’efficacité des panneaux solaires. Car, selon les calculs d’afterFIT, même une ombre de trois centimètres sur le bord d’un panneau peut diminuer la production d’électricité de plus de 60 %. L’entreprise se sert de Civil 3D pour déterminer l’aménagement des panneaux : grâce au module complémentaire Helios 3D, il est possible de planifier la disposition des panneaux automatiquement, et de réaliser des simulations 3D. Le plan est ensuite visualisé sur InfraWorks d’Autodesk afin d’analyser l’effet des ombres.
Lors de la création d’un parc conçu pour maximiser l’efficacité énergétique, le timing est crucial. « On fixe généralement une date pour le lancement de l’opération et la planification débute, mais la conception ne peut pas se faire tant que l’on n’a pas de plan en place, ce qui signifie que dans bien des cas, le créneau réservé pour le travail de conception est limité, précise Eri Shiraga. » L’équipe met à profit ce temps pour répéter les simulations de positionnement, et changer les paramètres dès la moindre ombre est detéctée, aussi infime soit-elle. Ce processus minimise efficacement l’impact des ombres sur les opérations.
Les technologies jouent également un rôle dans la maintenance et la gestion des parcs. afterFIT compte dans ses effectifs des opérateurs de drones et des spécialistes en intelligence artificielle (IA).Les drones servent à la fois aux relevés laser et à l’inspection. Les différentes tâches exigent différents types de drones, et les inspections qui nécessitaient auparavant la présence d’un employé pendant deux jours pleins peuvent désormais être réalisées en seulement 15 minutes par un drone. La quantité de chaleur dégagée par les panneaux permet à l’équipe d’identifier rapidement les panneaux qui ont besoin d’être nettoyés ou réparés, ou encore de régler les problèmes de connexion, ce qui réduit les temps d’immobilisation. La recherche et le développement pour automatiser l’inspection des drones sont en cours, ainsi que les systèmes de détection des erreurs et d’analyse par I’IA.
Des initiatives d’énergie verte axées vers l’avenir
afterFIT regarde au-delà de la production d’électricité à grande échelle vers d’autres sources d’énergie verte. Son projet d’abris solaires pour voitures, prévoit notamment d’installer des panneaux solaires sur les auvents de parkings commerciaux et industriels de 100 places environ. Dans la version commerciale, on place les piliers de façon à ne pas gêner les clients, tandis que dans les installations industrielles, on cherche à maximiser la production d’électricité.
Mizuki Maeda dirige l’équipe chargée de la conception du projet de ces abris solaires pour voitures. « La plus grande différence avec un parc solaire c’est que les abris solaires pour voitures sont conçus pour que les gens puissent circuler sous les panneaux, explique-t-elle. Selon les normes de construction japonaise, il s’agit d’une structure de catégorie 4, ce qui veut dire que l’approbation du gouvernement est nécessaire. C’est pourquoi nous devons être extrêmement vigilants dans nos calculs. »
Pour ce faire, l’équipe dessine des plans 3D détaillés au moyen du logiciel Inventor d’Autodesk et prévoit à l’avenir d’utiliser Inventor Nastran pour analyser les contraintes des joints de construction. Dans le cas des abris solaires commerciaux et industriels, afterFIT se sert d’InfraWorks pour visualiser en 3D le positionnement des modules par rapport aux voitures et aux passagers, et pour évaluer l’évolution des ombres au fil de la journée.
Depuis fin 2020, l’émergence d’une économie à faible émission de carbone a poussé les entreprises japonaises d’énergie verte à changer radicalement leur priorité et à s’engager davantage dans des initiatives proactives. C’est le cas d’afterFIT, qui prend les questions environnementales au sérieux et qui cherche à ajouter une valeur environnementale à une transaction commerciale.