Lorsque le Japon a mis en place son programme national de tarifs de rachat garantis (FIT) en 2012, la région de Tohoku, frappée par le séisme et le tsunami de mars 2011, est devenue l’un des principaux terrains d’essai pour l’énergie photovoltaïque (PV) à grande échelle. Parmi les projets nés de l’effort de reconstruction figure la centrale photovoltaïque d’Ishinomaki Numazu, une installation au sol d’une puissance d’environ 14 MW (CC) construite sur un ancien terrain de golf dans la ville d’Ishinomaki, dans la préfecture de Miyagi. Mise en service le 1er septembre 2017, cette centrale est conçue pour produire environ 16,08 millions de kWh d’électricité propre chaque année, soit suffisamment pour couvrir la consommation annuelle d’environ 4 400 foyers japonais moyens.

Pour les développeurs de projets, les maîtres d'œuvre EPC et les investisseurs qui évaluent des panneaux solaires photovoltaïques destinés à des centrales à grande échelle, Ishinomaki représente bien plus qu'une simple feuille de chiffres. Elle montre comment un site soumis à des contraintes suite à une catastrophe, un climat rigoureux et un contrat d’achat d’électricité d’une durée de 20 ans se combinent pour définir précisément les performances qu’un panneau solaire doit offrir. Cette étude de cas présente le projet, les choix techniques qui ont été faits et les enseignements que les acheteurs devraient retenir lors de leurs négociations d’approvisionnement.

Tableau 1. Aperçu du projet – Centrale photovoltaïque d'Ishinomaki Numazu

1. Transformer un terrain de golf abandonné en centrale électrique

L’un des choix les plus marquants du projet d’Ishinomaki réside dans son emplacement même : un terrain de golf désaffecté d’environ 22 hectares situé à la périphérie de la ville. La réhabilitation de friches industrielles comme celle-ci présente un intérêt particulier au Japon, où les terrains plats et constructibles sont rares et où les terres agricoles fertiles sont protégées. En réaménageant un site déjà nivelé et drainé, le promoteur a évité d’entrer en concurrence avec l’agriculture et a raccourci le délai d’obtention des autorisations.

Les terrains de golf, cependant, ne sont pas des terrains plats. Leurs pentes ondulées, leurs aires de départ et leurs roughs créent un relief accidenté, des profondeurs de sol variables et un drainage irrégulier. L’équipe d’ingénieurs a choisi de travailler avec le terrain plutôt que contre lui : lors de la préparation du site, elle a tiré parti de la topographie existante pour étendre la surface disponible pour les panneaux solaires photovoltaïques, en ne procédant à des travaux de nivellement que lorsque cela était strictement nécessaire. Un bassin de régulation dédié a également été construit conformément à un arrêté de la préfecture de Miyagi, afin que les eaux pluviales s'écoulant de la vaste zone recouverte de panneaux soient contrôlées avant d'atteindre les cours d'eau locaux.

Plutôt que d’imposer un seul type d’agencement de rayonnages sur l’ensemble du site, l’équipe a classé les rangées en quatre grandes catégories et a adapté chaque type aux conditions du sol de sa zone. Les grands parcs de la centrale ont été construits avec quatre modules montés à la verticale (en portrait), ce qui a permis d'installer davantage de panneaux par structure porteuse et a aidé l'équipe de conception à atteindre un rendement de conversion optimal pour la surface disponible. Le résultat est un projet qui semble avoir été conçu sur mesure pour le terrain, et non pas simplement imposé à celui-ci.

2. Conception de panneaux et de champs photovoltaïques adaptés au climat de Miyagi

La préfecture de Miyagi est située sur la côte pacifique de la région du Tohoku, connue pour ses fortes chutes de neige en hiver, ses vents parfois de la force d’un typhon, son taux d’humidité élevé et, bien sûr, ses exigences sismiques élevées. Tout panneau photovoltaïque installé ici doit résister aux charges de neige sur sa surface, aux importants cycles thermiques entre la chaleur estivale et le gel hivernal, au brouillard salin côtier et aux vibrations provoquées par les séismes. Le dimensionnement de 14 MW CC / 10 MW CA – un léger surdimensionnement CC-CA – est également caractéristique des projets japonais matures relevant du tarif de rachat garanti (FIT) : il permet de tirer davantage de kilowattheures de l’onduleur et du raccordement au réseau pendant les mois à faible ensoleillement, c’est-à-dire précisément lorsque les journées plus courtes et très enneigées de Tohoku comptent le plus.

L’orientation verticale des panneaux est un détail qui mérite qu’on s’y attarde. Dans les régions enneigées, les rangées orientées verticalement évacuent la neige plus rapidement que les grands panneaux disposés horizontalement, et elles réduisent le risque de longues interruptions d’exploitation en hiver. Elles facilitent également le nettoyage de la face avant. Chaque type de montage choisi pour Ishinomaki reflète un compromis entre rendement énergétique, charge structurelle et facilité d’entretien à long terme – les mêmes compromis que les acheteurs, partout où le climat comporte quatre saisons, devraient intégrer dans leurs cahiers des charges relatifs aux panneaux et aux structures de montage.

Il convient également de noter la répartition entre 14 MW en courant continu et 10 MW en courant alternatif. Un rapport de surdimensionnement CC/CA d’environ 1,4 est courant dans les régions où le rayonnement solaire est faible en hiver et où les pics estivaux sont brefs : cela permet aux onduleurs de fonctionner plus près de leur pleine charge pendant un plus grand nombre d’heures par an, ce qui lisse le rendement annuel plutôt que de viser un seul pic estival. Pour les acheteurs de modules, cela signifie que les panneaux photovoltaïques que vous choisissez fonctionneront pendant une grande partie de leur durée de vie à charge partielle, où le faible coefficient de température et les performances en faible luminosité comptent autant que la puissance nominale.

3. Pourquoi la qualité des panneaux est déterminante pour le retour sur investissement sur 20 ans

Dans le cadre du programme japonais de tarifs de rachat garantis (FIT), l'électricité produite à Ishinomaki est vendue à Tohoku Electric Power au titre d'un contrat à long terme assorti d'un tarif garanti. Cette structure modifie complètement le rôle des panneaux solaires photovoltaïques : la centrale n’est pas évaluée le jour de sa mise en service, mais en fonction de sa capacité à maintenir une production proche de sa puissance nominale pendant deux décennies et au-delà.

Pour qu’un projet soit « bancable » et bénéficie du soutien d’un investisseur institutionnel tel que GE Energy Financial Services, cela signifie que les modules eux-mêmes doivent être « bancables ». Dans la pratique, cela se traduit par une liste restreinte de spécifications non négociables : certifications CEI 61215 et CEI 61730 pour la conception et la sécurité ; une forte résistance au PID (dégradation induite par le potentiel) sous l’effet de la chaleur et de l’humidité ; un faible LID initial ; une garantie de rendement linéaire de 25 ans avec une dégradation annuelle généralement maintenue à un niveau égal ou inférieur à environ 0,5 à 0,7 % ; et une production constante et traçable pour chaque lot expédié sur le site. Les sites côtiers et enneigés justifient en outre des essais de résistance au brouillard salin et à la charge de neige.

Il y a également un argument lié à la densité énergétique. Étant donné que l’ensemble de la centrale doit tenir sur une superficie fixe de 220 000 m², chaque pourcentage supplémentaire de rendement des modules se traduit directement par des kilowattheures supplémentaires sur la durée de vie de la centrale – et par des revenus contractuels supplémentaires. Choisir le panneau photovoltaïque le moins cher au watt peut sembler intéressant au premier abord, mais un module qui se dégrade plus rapidement, qui subit un effet PID ou qui nécessite des remplacements fréquents érode insidieusement le flux de trésorerie même sur lequel les investisseurs du tarif de rachat garanti (FIT) ont misé.

4. Résultats et impact sur la communauté

Depuis sa mise en service commerciale le 1er septembre 2017, la centrale d’Ishinomaki Numazu fournit environ 16,08 millions de kWh d’électricité solaire par an au réseau régional, soit l’équivalent de la consommation annuelle d’environ 4 400 foyers moyens. Le nom du maître d’ouvrage, Ishinomaki Kizuna GK, rappelle le contexte : “ kizuna ” signifie « liens » en japonais, et la centrale s’inscrit dans le cadre plus large des efforts de reconstruction d’une ville qui a perdu plus de 6 000 habitants lors du tsunami de 2011.

Au-delà des mégawattheures, ce projet illustre un modèle reproductible : des capitaux privés pour les infrastructures, une expertise internationale en matière d’EPC, la réhabilitation d’un site industriel désaffecté et une équipe d’exploitation et de maintenance dédiée, chargée d’assurer la disponibilité de la centrale tout au long de l’année. C’est le genre de référence qui est désormais devenue la norme pour les centrales solaires à grande échelle en Asie de l’Est.

5. Conseils aux acheteurs souhaitant se procurer des panneaux solaires photovoltaïques

Quels enseignements un promoteur ou un maître d'œuvre devrait-il tirer de l'expérience d'Ishinomaki lors de l'approvisionnement en panneaux solaires photovoltaïques pour sa prochaine centrale ?

Tout d’abord, basez-vous sur les conditions climatiques, et non sur le prix affiché. La neige, le sel, la chaleur et les charges sismiques doivent déterminer la certification des modules, la conception du châssis, le choix du verre et l’orientation de la fixation avant même d’aborder la question du budget. Deuxièmement, exigez des documents garantissant la fiabilité du projet : une certification CEI complète, des garanties de performance linéaires sur 25 ans, la traçabilité des lots et un fabricant capable d’assurer le suivi du projet pendant toute sa durée de vie. Troisièmement, optez pour un modèle de module unique sur l’ensemble du site afin de simplifier la gestion des pièces de rechange, la formation et l’exploitation et la maintenance pendant des décennies. Quatrièmement, considérez l’agencement du site comme faisant partie intégrante du choix du produit : un panneau adapté, mais placé dans une configuration de champ inadaptée, n’offrira pas les performances escomptées.

C’est précisément pour cette raison qu’un fabricant intégré – c’est-à-dire une entreprise qui conçoit et produit sous un même toit des cellules solaires, des modules photovoltaïques, des batteries au lithium et des systèmes solaires complets – a tendance à remporter les marchés à grande échelle. Les cellules, le laminage des modules, l’ingénierie du système et la garantie après-vente ne relèvent plus de quatre fournisseurs distincts qu’il faudrait coordonner.

Enfin, ne vous limitez pas au module lui-même et posez des questions sur l’ensemble du système. Une centrale moderne de 14 MW est de plus en plus souvent associée à un système de stockage par batterie, à une surveillance au niveau des chaînes de panneaux et à une exploitation et une maintenance à distance. Les panneaux photovoltaïques qui communiquent efficacement avec les onduleurs et le système de stockage – grâce à des plages de tension adaptées, des coefficients de température stables et des courbes de dégradation prévisibles – tirent davantage de valeur de chaque mégawattheure que ne le laisse supposer la puissance nominale seule. Le projet d’Ishinomaki a été construit avant que l’hybridation avec des batteries ne devienne la norme au Japon, mais sa logique d’ingénierie reste un modèle à suivre : choisissez le panneau en fonction d’un contrat climatique et financier sur 20 ans, et non en fonction du devis que vous recevez cette semaine.

À propos de JA TECH

Fondée en 2007, JA TECH est spécialisée dans la conception, la production et la commercialisation de cellules solaires, de modules photovoltaïques, de batteries au lithium et de systèmes solaires intégrés. Des centrales solaires au sol à grande échelle, comme celle d’Ishinomaki, aux installations commerciales sur toiture et aux systèmes équipés de batteries de stockage, notre équipe d’ingénieurs fournit des panneaux photovoltaïques fiables, conçus pour résister à des conditions climatiques difficiles et offrir une durée de vie de 25 ans. Si vous envisagez un projet solaire au sol, sur toiture ou hybride et que vous souhaitez obtenir des spécifications et des tarifs adaptés à votre climat local et à la réglementation de votre réseau électrique, contactez notre équipe commerciale pour recevoir une proposition sur mesure.

Sources

Les informations relatives au projet figurant dans cet article s’appuient sur le communiqué de presse n° 88 de juwi Shizen Energy Inc. intitulé “ juwi Shizen Energy a achevé la construction de la centrale photovoltaïque Ishinomaki Numazu de 14 MW dans la préfecture de Miyagi ” (31 janvier 2018), sur les références de projets publiées par Trina Solar et sur les registres des centrales de Global Energy Monitor. Les marques de modules effectivement déployées sur le site sont celles documentées par les parties EPC ; cette étude de cas est présentée à titre de référence en matière d'ingénierie et d'approvisionnement.