Comparaison expérimentale des performances entre champs fixes et sous‑champs à axe unique dans une centrale photovoltaïque à grande échelle en extérieur

Pourquoi cette étude solaire est importante

À mesure que de plus en plus de pays se tournent vers l’énergie solaire pour alimenter foyers et villes, une question de base devient cruciale : comment disposer les panneaux solaires dans le monde réel pour extraire le maximum d’électricité ? Cette étude examine cette question dans une grande centrale solaire en zone désertique en Algérie, comparant des panneaux fixes à des panneaux qui suivent lentement le soleil. Les résultats aident à concevoir de meilleures fermes solaires dans les régions chaudes et ensoleillées où chaque pourcentage d’énergie supplémentaire compte.

Une centrale désertique comme laboratoire réel

La recherche a été menée dans une centrale solaire de 1,1 mégawatt près de Ghardaïa, en bordure du Sahara. Ici, l’ensoleillement est intense mais les conditions sont rudes : les températures estivales de l’air peuvent approcher 50 °C, le vent transporte des particules de sable fines et l’humidité oscille entre des après‑midi très secs et des matins humides. Au sein de la centrale, l’équipe s’est concentrée sur quatre sous‑champs d’environ 100 kilowatts chacun, tous inclinés à 30 degrés et orientés plein sud. Deux sous‑champs utilisaient des panneaux en silicium monocristallin et deux en silicium polycristallin. Pour chaque matériau, un sous‑champ était monté sur des structures fixes et l’autre sur des suiveurs à axe unique qui pivotent est–ouest pour suivre le soleil.

Observer le soleil et les panneaux au fil des saisons

Plutôt que de se fier uniquement à des simulations, les chercheurs ont mesuré ce qui se passait réellement sur le terrain. Sur quatre journées de 2016 — une en hiver, au printemps, en été et en automne — ils ont enregistré la puissance produite par chaque sous‑champ toutes les quatre minutes, du lever au coucher du soleil. Simultanément, une station météorologique sur le toit de la salle de contrôle suivait la luminosité solaire, la température de l’air, la température des panneaux, la vitesse du vent et l’humidité. L’équipe a également testé un modèle mathématique bien connu de l’ensoleillement sur surfaces inclinées, vérifiant s’il pouvait prédire avec précision l’énergie solaire incidente à partir de données géographiques et atmosphériques locales. Les prédictions du modèle concordaient étroitement avec les mesures, en particulier en été et en automne, confirmant qu’il peut estimer de façon fiable l’ensoleillement disponible dans cette région lorsqu’il n’existe pas de capteurs dédiés.

Panneaux fixes versus panneaux suiveurs

Les courbes de puissance ont révélé le comportement des différentes configurations au cours d’une journée type. Lors d’une journée printanière ensoleillée, le champ fixe monocristallin a brièvement atteint la puissance de crête la plus élevée — environ 96 kilowatts — légèrement au‑dessus de son homologue suiveur, car les conditions à midi favorisaient son orientation exacte. Mais lorsque l’équipe a considéré la journée entière plutôt que l’instant de crête, l’histoire a changé. Sur l’ensemble des quatre saisons, les systèmes de suivi ont produit une puissance moyenne et une énergie journalière totales supérieures à celles des systèmes fixes. En été, le sous‑champ monocristallin à axe unique a délivré environ 19 % de puissance moyenne en plus que son homologue fixe, et le champ polycristallin suiveur a gagné environ 21 % par rapport à son jumeau fixe. L’énergie quotidienne a suivi le même schéma : lors de la journée de test de juillet, les champs suiveurs ont atteint environ 788 et 715 kilowattheures, dépassant nettement les champs fixes qui restaient sous 640 et 560 kilowattheures.

Comment la météo façonne les performances solaires

Parce que chaque relevé était associé aux données météorologiques, l’étude a pu isoler la façon dont la nature aide ou entrave la centrale. Un ensoleillement plus fort augmentait naturellement la puissance, et les champs suiveurs capturent davantage de cet ensoleillement en gardant leurs faces mieux alignées avec le soleil tout au long de la journée, surtout le matin et en fin d’après‑midi. Les températures, souvent préoccupantes pour les concepteurs solaires, restaient suffisamment proches de la plage optimale des panneaux pour que les pertes d’efficacité soient modestes ; lors de la journée estivale la plus chaude, les hautes températures et l’ensoleillement intense coïncidaient toutefois avec les gains de puissance les plus élevés pour les systèmes de suivi. Le vent s’est révélé un allié discret : les brises refroidissaient les panneaux et soufflaient parfois la poussière, aidant la production, tandis que l’humidité élevée et les nuages en hiver et en automne réduisaient les performances en atténuant la lumière et en laissant la condensation se former à la surface des panneaux.

Mettre des chiffres sur l’avantage du suivi

Pour clarifier la comparaison, les chercheurs ont calculé un « pourcentage d’augmentation » montrant combien de puissance moyenne supplémentaire les champs suiveurs produisaient par rapport aux champs fixes du même type de panneaux. Même lors des journées de test moins favorables d’hiver et d’automne, le suivi à axe unique a augmenté la production monocristalline d’environ 3–9 % et la production polycristalline d’environ 12 %. Lors des tests plus ensoleillés de printemps et d’été, les gains atteignaient approximativement 10–19 % pour les panneaux monocristallins et 20–21 % pour les panneaux polycristallins. Globalement, le champ polycristallin suiveur a montré des gains en pourcentage légèrement supérieurs, tandis que le champ monocristallin suiveur a fourni la plus haute énergie journalière absolue.

Ce que cela signifie pour les futures fermes solaires

Pour les lecteurs qui réfléchissent à l’avenir de l’énergie propre, la conclusion est simple : dans les déserts chauds et ensoleillés comme le sud de l’Algérie, monter les panneaux solaires sur des suiveurs simples est–ouest peut augmenter sensiblement l’électricité produite à partir d’une même puissance installée. L’étude montre que ces suiveurs non seulement lissent la puissance au cours de la journée, mais répondent aussi bien aux conditions météo locales, tirant meilleur parti du fort ensoleillement estival et des vents rafraîchissants. Les auteurs concluent que le suivi à axe unique — en particulier associé à des panneaux polycristallins robustes — constitue une option solide pour les grandes fermes solaires dans les climats sahariens, et que des modèles d’ensoleillement fiables peuvent aider à concevoir de tels systèmes même lorsque des mesures détaillées font défaut.

Citation: Abderraouf, B., Lakhdar, L.M., Abdelkader, B. et al. Experimental performance comparison of fixed and single-axis subfields in a large-scale outdoor photovoltaic power plant. Sci Rep 16, 12293 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41570-8

Mots-clés: suivi solaire, centrale photovoltaïque, énergie solaire désertique, modules monocristallins et polycristallins, modélisation de l'irradiance solaire