hb Solar

Amérique du Nord

Déterminer les charges dues au vent sur les réseaux de piles solaires montés sur un toit afin de calculer le poids du lest permettant de garder le système en place.

Depuis 2009, l’intérêt envers l’énergie renouvelable sous forme de réseau de capteurs solaires photovoltaïques (PV) a connu une croissance rapide. Cette tendance a été renforcée par des mesures incitatives gouvernementales dans diverses provinces et différents états, et par la fin de la production d'électricité au charbon dans la province de l’Ontario. La technologie, importée d’Allemagne à l’origine, a fourni une base de connaissances à plusieurs joueurs de l’industrie dès le départ. L’industrie nord-américaine a crû rapidement et a reconnu dès le début qu'il fallait tirer parti de la science locale au cours des processus de conception et d’approbation. L’entreprise hb Solar a été l’un des premiers joueurs de l’industrie. Elle fournit d’ailleurs des systèmes bien conçus à plusieurs installations partout en Amérique du Nord.

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  • Le défi

    Les toits inutilisés de bâtiments industriels et commerciaux représentaient une source importante d'immeubles pouvant servir à mettre en place l'énergie solaire PV. Toutefois, les conditions de vent des différentes régions, l’aérodynamisme des bâtiments ainsi que les particularités de l’aérodynamisme du système de support jouent un rôle important dans le poids du lest nécessaire afin de maintenir en place les réseaux de piles solaires dans des conditions de vent visant une conception qui durera plus de 50 ans. Étant donné que le type de marché ne justifiait pas des essais en soufflerie propres à chaque site et puisque les codes du bâtiment étaient insuffisants à ce niveau pour la plupart des installations, des essais en soufflerie sur des configurations génériques ont été nécessaires de manière à fournir des informations sur les charges admissibles.

  • Notre approche

    En nous appuyant sur nos techniques en soufflerie éprouvées servant à mesurer des pressions superficielles sur les immeubles de grande hauteur, nous avons installé la maquette d'un bâtiment à toit plat, typique des bâtiments commerciaux et industriels du style magasins entrepôts, ainsi que celle du réseau de piles solaire lui-même dans la soufflerie à couche limite. Nous avons mesuré simultanément des prises manométriques sur le haut et le bas des surfaces de nombreuses rangées de maquettes de modules PV à des centaines d'emplacements. Cela a été rendu possible grâce à nos méthodes classiques pour acheminer des passages internes de pression à travers des maquettes solides produites par stéréolithographie. En intégrant rapidement des pressions fluctuantes en temps réel aux essais en soufflerie pour chacune des 36 directions du vent applicables, nous avons acquis des informations détaillées sur les charges de pointe dues au vent qui soulèvent et font glisser les réseaux de piles solaires situés sur les toits. 

    En compilant de vastes quantités de données issues des essais en soufflerie sous la forme de coefficients formulés afin de remplacer ceux fournis par les codes du bâtiment pour des modèles d'immeubles courants, nous avons créé des tableaux représentant l’ensemble des pires valeurs pour diverses parties du réseau. Cette forme de données a permis aux ingénieurs-concepteurs de travailler dans un cadre connu de calcul des charges dues au vent, mais avec des informations propres à la géométrie du support produit par le fabricant et à la position du module dans le réseau.

  • Le résultat

    Les essais ont souligné le fait que les structures de l'écoulement des vents turbulents créés par le bâtiment lui-même étaient ce qui influençait le plus la charge de pointe sur les réseaux de piles solaires montés sur un toit. Mais fait plus important, les tourbillons, ou écoulements tourbillonnants, générés par la séparation des vents alors qu'ils circulent au-dessus du coin d'attaque d'un bâtiment et qui sont accompagnés de vents soufflant en angle avec les murs, créaient en général les plus grandes charges de pointe. De plus, la position d’un module solaire particulier à l'intérieur du réseau était cruciale à l’interaction avec ces tourbillons. 

    Le résultat final est un tableau de valeurs pouvant servir aux concepteurs afin d’appliquer des procédures de calcul, semblables aux codes, et de déterminer les charges dues au vent. Notre travail a permis d'intégrer des paramètres courants propres au site comme la vitesse admissible des vents locaux sur 50 ans, le degré d'exposition du site créé par le terrain et les structures avoisinantes, et l'importance du bâtiment. Grâce à différentes autres caractéristiques d'un système de support particulier et de sa disposition dans la soufflerie, il a été possible de réaliser des tableaux supplémentaires donnant des indications concernant des variations telles que la hauteur du parapet, l'angle d'inclinaison, l'espacement des rangées ou l'inclinaison du réseau aux abords du bâtiment.