Traitements

Le plugin QSunPotentiel fournit 3 traitements :

  • Le traitement PVGIS request permet d’évaluer le potentiel solaire sur une couche vectorielle de toitures ;

  • Le traitement CityJSON to roof layer sert à extraire les toitures d’une donnée au format CityJSON vers une couche vectorielle de polygones contenant les attributs nécessaires pour exécuter, par la suite, le traitement PVGIS Request ;

  • Le traitement LAS to API PVGIS permet d’évaluer le potentiel solaire des toitures à partir d’un nuage de point LiDAR.

Ces traitements sont accessibles à partir de la barre d’outil du plugin QSunPotential ou depuis la liste de tous les traitements QGIS : menu Traitements > Boîte à outils.

Traitement PVGIS Request

../_images/screenshot_ui.png

Interface utilisateur PVGIS request

Paramètres d’entrée

Ce traitement prend en entrée une couche vecteur de toitures, qui doit obligatoirement contenir les attributs suivants:

  • L’identifiant de la toiture ;

  • L’inclinaison de la toiture, en degrés ;

  • La surface 3D de la toiture, correspondant à la surface réelle de la toiture, en mètres carrés ;

  • L’orientation des toitures, en degrés, comprise entre 0 et 360° par rapport au Nord. Le plugin convertira cette orientation par rapport au Sud, selon la norme utilisée par PVGIS.

Traitements opérés

La chaîne de traitement suivante est appliquée sur chaque toiture de la couche :

  • Tester si la géométrie est valide (une toiture à géométrie invalide est ignorée) ;

  • Sélectionner un point situé à l’intérieur de la géométrie de la toiture ;

  • Envoyer une requête à PVGIS ;

  • Stocker les résultats dans des tables.

Construction de la requête pour PVGIS

PVGIS renvoie des informations sur le potentiel solaire sur un point de la terre en tenant compte des paramètres suivants:

Paramètre angle

Il correspond à l’inclinaison en degrés de la toiture. L’installation de panneaux sur des toitures totalement planes ayant toujours une inclinaison comprise entre 5 et 10°, il est possible de fixer un angle d’inclinaison minimal ainsi qu’un angle d’inclinaison de forçage dans les paramètres avancés du plugin.

Important

Par défaut, l’inclinaison minimale d’une toiture est fixée à 5° : pour les toitures présentant une inclinaison inférieure, on forcera leur inclinaison à une valeur de 10°.

Paramètre peakpower (puissance crête)

La puissance crête d’une toiture est définie par la formule suivante:

\[ S_{toiture} \times T_{occupation} \times coeff \]

où :

  • \(S_{toiture}\) est la surface de la toiture

  • \(T_{occupation}\) est le taux d’occupation de la toiture

  • \(coeff\) est un coefficient multiplicateur

Important

Par défaut, les valeurs suivantes ont été définies dans le plugin :

  • \(T_{occupation}\) = 70%

  • \(coeff\) = 0.215 kW/m²

Elles sont modifiables dans les paramètres avancés de l’interface utilisateur.

Paramètre aspect

Ce paramètre correspond à l’orientation (azimuth) du système photovoltaïque. Cette orientation prend une valeur entre -180 et 180 degrés.

Important

Etant donné que l’azimuth des toitures est classiquement exprimé entre 0 et 360 degrés, le plugin va convertir systématiquement la valeur de l’azimuth d’une toiture en appliquant une soustraction de 180° par rapport à sa valeur initiale.

Paramètre loss

Le paramètre loss correspond au taux de perte du système photovoltaïque, il est défini à 14% dans chaque requête, et n’est pas modifiable dans le plugin QSunPotential.

Résultats en sortie

A la fin du traitement, le plugin sort 3 résultats:

  • une table PVGIS_PVcalc_totals

  • une table PVGIS_PVCalc_monthly

  • une couche des toitures classifiée

PVGIS_PVcalc_totals

Cette table contient la production photovoltaïque moyenne annualisée.

Nom du champ (alias[1])

Description

Unité

gml_surf_id

identifiant de toiture (champs de jointure avec la table géométrique)

-

e_d (E_d)

production d’énergie moyenne journalière

kWh/jour

e_m (E_m)

production d’énergie moyenne mensuelle

kWh/mois

e_y (E_y)

production d’énergie moyenne annuelle

kW/an

h_i_d (H(i)_d)

moyenne d’irradiation journalière par mètre carré reçue par les modules

kWh/m2/jour

h_i_m (H(i)_m)

moyenne d’irradiation mensuelle par mètre carré reçue par les modules

kWh/m2/mois

h_i_y (H(i)_y)

moyenne d’irradiation annuelle par mètre carré reçue par les modules

kWh/m2/an

sd_m (SD_m)

écart-type de production mensuelle dû aux variations interannuelles

-

sd_y (SD_y)

écart-type de production annuelle dû aux variations interannuelles

-

l_aoi (l_aoi)

pertes dues à l’angle d’incidence

%

l_spec (l_spec)

pertes spectrales

%

l_tg (l_tg)

pertes dues à la température et perte d’irradiation

%

l_total (l_total)

pertes totales

%

p50 (p50)

rapport de productible

kWh/kW/an

PVGIS_PVCalc_monthly

Cette table contient la production photovoltaïque pour chaque mois.

Nom du champ (alias)

Description

Unité

gml_surf_id

identifiant de toiture (champs de jointure avec la table géométrique)

-

month

numéro du mois

-

e_d (E_d)

production d’énergie moyenne journalière

kWh/jour

e_m (E_m)

production d’énergie moyenne mensuelle

kWh/mois

h_i_d (H(i)_d)

moyenne d’irradiation journalière par mètre carré reçue par les modules

kWh/m2/jour

h_i_m (H(i)_m)

moyenne d’irradiation mensuelle par mètre carré reçue par les modules

kWh/m2/mois

sd_m (SD_m)

écart-type de production mensuelle dû aux variations interannuelles

-

Une couche de toitures classifiées

La couche de toitures en sortie contient les toitures sélectionnées en entrée du calcul, avec une jointure des résultats annuels (i.e. contenus dans la table PVGIS_PVcalc_totals).

Classification selon e_y (par défaut)

Par défaut, la couche de toitures est classifiée selon la production d’énergie moyenne annuelle e_y. Les toitures sont rangées dans les 6 classes suivantes :

../_images/classification_e_y.png

Classification selon la production d’énergie moyenne annuelle e_y

Classification selon P50

L’indicateur P50 est le rapport de reproductible. Il est calculé selon la formule:

\[ P50 = e_y/peakpower \]

L’utilisateur a la possibilité de classifier les toitures selon P50. Dans ce cas, les toitures sont rangées dans les 7 classes suivantes :

../_images/classification_p50.png

Classification selon le rapport de reproductible P50

Performances de calcul

Le temps de calcul est conditionné par l’API PVGIS, dont les appels sont limités à 30 appels/seconde. Un mécanisme de parallélisation a été implémenté pour optimiser les appels à l’API PVGIS, dont l’utilisateur peut configurer le nombre de requêtes en parallèle et le nombre de nouvelles tentatives d’appels en cas de limite atteinte. Ces options sont modifiables depuis le menu Préférences... > Options > onglet QSunPotential.

../_images/options.png

Options de parallélisation

Par défaut, le traitement envoie 20 requêtes en parallèle et retente par 6 fois d’envoyer des requêtes à l’API dont les réponses sont en erreur.

Traitement CityJSON to roof layer

../_images/cityjson_to_roof_layer_ui.png

Interface du traitement CityJSON to roof layer

Ce traitement prend en entrée des bâtiments 3D au format CityJSON, et extrait uniquement les toitures de ces données. Les toitures en sortie sont sous forme d’une couche vectorielle 2D qui pourra servir de donnée d’entrée au traitement PVGIS Request. Cette couche contient donc les attributs suivants :

  • L’identifiant de la toiture ;

  • L’inclinaison de la toiture, en degrés ;

  • La surface 3D de la toiture, correspondant à la surface réelle de la toiture, en mètres carrés ;

  • L’orientation des toitures, en degrés, comprise entre 0 et 360° par rapport au Nord.

Traitement LAS to API PVGIS

Ce traitement prend en entrée un fichier de nuages de points LiDAR au format copc.laz/copc.las, une couche d’emprise au sol des bâtiments, et renvoie une couche de toitures classifiées selon les indicateurs produits par PVGIS.

../_images/las_to_pvgis_ui.png

Interface du traitement CityJSON to roof layer

Attention : il faut veiller à charger la couche de nuages de points dans QGIS pour la sélectionner dans l’interface du traitement. Le chargement d’un fichier depuis l’explorateur de fichier a pu engendrer des bugs au moment de l’exécution du traitement.

Chaîne de traitement

Le traitement LAS to PVGIS nécessite l’installation de CityForge, une extension QGIS qui permet de modéliser des bâtiments 3D à partir d’un nuage de points LiDAR.

Concrètement, les étapes de ce traitement sont les suivantes :

  • Reconstruction des bâtiments à partir du nuage de points au format CityJSON à partir d’un traitement CityForge ;

  • Exécution du traitement CityJSON to roof layer pour extraire les toitures ;

  • Exécution du traitement PVGIS Request pour récupérer les indicateurs de potentiel solaire et classifier les toitures.

Reconstruction 3D des bâtiments avec Roofer

L’extension CityForge permet de modéliser des bâtiments 3D en choisissant parmi deux calculateurs disponibles : Geoflow ou Roofer. Dans les deux cas, ces calculateurs produisent des bâtiments 3D en LoD 2.2. Le projet Geoflow n’étant plus maintenu, contrairement à Roofer, ce dernier a donc été choisi pour réaliser l’étape de modélisation des bâtiments 3D au format CityJSON.

Par ailleurs, des tests ont été réalisés avec CityForge pour produire des bâtiments 3D à partir de Roofer et de Geoflow, et d’une part le résultat 3D est plus rapide à obtenir avec Roofer, et d’autre part, les contours des toitures semblent plus nettes avec Roofer.

TODO: illustrer avec un comparatif des toitures issues de Geoflow vs Roofer

Configurer CityForge pour utiliser Roofer

Pour que le traitement LAS to PVGIS puisse fonctionner correctement, il faut configurer CityForge en choisissant Roofer comme calculateur, depuis le menu Préférences... > Options > onglet CityForge, puis en suivant la documentation de CityForge pour configurer Roofer.