Les matières particulaires en profondeur

Introduction

Les particules, également appelées pollution particulaire ou "PM", sont un mélange de petites particules et de gouttelettes de liquide en suspension dans l'air.¹ Ces particules peuvent être de la poussière, de la saleté, de la suie, de la fumée ou d'autres composés organiques et inorganiques. En fonction de la taille des particules, les matières particulaires peuvent être classées dans les catégories suivantes :

• Les particules d'un diamètre inférieur ou égal à 10 micromètres, dites PM10
• Les particules d'un diamètre inférieur ou égal à 2,5 micromètres, dites PM2_,5

Les données relatives aux particules de SolarAnywhere sont exprimées en unités de microgrammes par mètre cube (μg/m3).

Les particules telles que la poussière et la terre peuvent se déposer sur les panneaux photovoltaïques, empêchant la lumière du soleil d'atteindre les cellules solaires. Cela peut entraîner des pertes d'énergie dues à l'encrassement des modules, communément appelées "pertes par encrassement". Un certain nombre d'études ont documenté l'impact des particules sur les performances des PV.^{2 ; 3} Une étude du NREL a notamment révélé que, par rapport à d'autres paramètres environnementaux et météorologiques tels que les précipitations et la direction du vent, les particules (PM10 et PM2_,5) présentent la plus forte corrélation avec les pertes dues à l'encrassement. La simulation de séries chronologiques de pertes par encrassement à l'aide de données sur les particules est disponible dans les outils de simulation solaire tels que pvlib.

Méthodologie

SolarAnywhere offre des données sur les particules PM10 et PM2_.5 pour soutenir la modélisation de la perte par salissure. Les données sont basées sur une réanalyse MERRA-2 ( Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications) de la NASA et ont une résolution spatiale nominale de 50 km x 62,5 km (0,5 degré x 0,625 degré). Les clients de SolarAnywhere peuvent accéder aux données sur les particules avec SolarAnywhere v3.5 et les versions plus récentes des données météorologiques. Les données sont disponibles dans toutes les régions géographiques et sont mises à jour mensuellement avec les données historiques de SolarAnywhere (décalage d'environ 1 à 2 mois par rapport au temps réel).

Les données sur les particules de SolarAnywhere sont créées en deux étapes principales :

• Les concentrations d'aérosols de surface sont extraites de l'ensemble de données MERRA-2. Elles comprennent les principaux constituants des particules tels que la poussière, le sulfate, le carbone organique, le carbone noir et le sel marin.
• Une combinaison pondérée des aérosols de surface est ensuite utilisée pour générer les concentrations totales de PM10 et PM2_.5 à un endroit donné. Ce processus, appelé reconstruction des matières particulaires, s'appuie sur des recherches antérieures comparant les données MERRA-2 aux mesures au sol.^{4 ; 5}

Utilisation des données sur les particules de SolarAnywhere

Pour des raisons de commodité, les données sur les particules de SolarAnywhere sont disponibles à la fois sous forme d'année type (TGY/TDY/année moyenne) et de séries chronologiques. L'accumulation de particules sur les panneaux photovoltaïques étant un processus cumulatif, les données de séries chronologiques peuvent être plus précises pour modéliser les pertes par encrassement spécifiques au site.

SolarAnywhere utilise des méthodes de pointe pour générer des données sur les particules. Toutefois, les utilisateurs doivent tenir compte des limites des données sur les particules provenant de sources éloignées et de la manière dont ces données se comparent aux mesures au sol.

Des études antérieures de la NASA⁶ et Buchard et al.⁷ ont évalué les PM2_,5 de surface de MERRA-2 à l'échelle mondiale. Dans ces études, les données sur la moyenne mensuelle des PM2_,5 provenant de MERRA-2 ont été comparées aux observations du système de qualité de l'air (AQS) de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) et du réseau IMPROVE (Interagency Monitoring of Protected Visual Environments) du National Park Service.⁶ Les études ont révélé que la masse des petites particules (PM2_.5) dans MERRA-2 concorde généralement bien avec les observations. Un accord général a également été trouvé entre les PM10 simulées par MERRA-2 et les valeurs observées à Cayenne en Guyane française.

Les mesures de particules ou de salissures effectuées au sol peuvent être plus précises que celles obtenues à partir de sources éloignées ; toutefois, il peut être difficile d'obtenir des mesures précises au sol. Le NREL a constaté que les mesures de particules effectuées dans un rayon de 30 à 50 km d'un projet présentent une corrélation raisonnable avec les pertes dues à l'encrassement. Toutefois, les corrélations chutent de manière significative dans certains cas pour les mesures effectuées au-delà de 100 km. Contrairement aux mesures au sol, les données modélisées sur les particules et les pertes sont disponibles sur demande via la plateforme SolarAnywhere.

Les données sur les particules sont désormais disponibles avec toutes les licences de données en ligne sur data.solaranywhere.com.

Références

¹ EPA.gov : Particulate Matter (PM) basics. Agence de protection de l'environnement des États-Unis ; [mis à jour le 26 mai 2021 ; consulté le 20 septembre 2021]. Lien

² Mani M, Pillai R. 2010. Impact of dust on solar photovoltaic (PV) performance : Research status, challenges and recommendations. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14(9):3124–3131. DOI : 10.1016/j.rser.2010.07.065. Lien

³ Kaldellis JK, Fragos P, Kapsali M. 2011. Étude expérimentale systématique de l'impact des dépôts de pollution sur le rendement énergétique des installations photovoltaïques. Renewable Energy. 36(10):2717–2724. DOI : 10.1016/j.renene.2011.03.004. Lien

⁴ Chow JC, Lowenthal D. 2015. Méthodes de reconstruction de masse pour les PM2,5 : une revue. Air Quality Atmosphere & Health. 8:243-263. DOI:10.1007/s11869-015-0338-3. Lien

⁵ Navinya CD, Vinoj V, Pandey SK. 2020. Evaluation of PM2.5 Surface Concentrations Simulated by NASA's MERRA Version 2 Aerosol Reanalysis over India and its Relation to the Air Quality Index. Association taïwanaise pour la recherche sur les aérosols. DOI:10.4209/aaqr.2019.12.0615. Lien

⁶ Randles CA, da Silva AM, Buchard V, Darmenov A, Colarco PR, Aquila V, Bian H, Nowottnick EP, Pan X, Smirnov A, Yu H, Govindaraju R. 2016. Série de rapports techniques sur la modélisation globale et l'assimilation des données. Volume 45:52-56, 2016. Lien

⁷ Buchard V, Randles CA, da Silva AM, Darmenov A, Colarco PR, Govindaraju R, Ferrare R, Hair J, Beyersdorf AJ, Ziemba LD, Yu H. 2017. The MERRA-2 Aerosol Reanalysis, 1980 Onward. Part II : Evaluation and Case Studies. Pages 6851-6872. DOI:10.1175/JCLI-D-16-0613.1. Lien