Produisez de l'énergie solaire !

Des installateurs solaires redimensionnent un volcan dormant pour alimenter la recherche astronomique

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Le W.M. L'observatoire de Keck fonctionne depuis près de 30 ans au sommet de Maunakea, un volcan endormi et le point culminant d'Hawaï. Les télescopes jumeaux sont sans doute le meilleur endroit où aller pour l'observation astronomique dans l'hémisphère nord. À une altitude de 13 796 pieds, les fronts de tempête passent régulièrement sous l'observatoire et le ciel au-dessus de l'océan Pacifique est exempt de pollution lumineuse.

Dans ces conditions, pourquoi ne pas installer un panneau solaire là-haut aussi?

Des recherches astronomiques importantes ont été menées au W.M. Observatoire Keck depuis la construction de son premier télescope en 1993. W.M. Observatoire de Keck

Mark Devenot, spécialiste des infrastructures à l'observatoire de Keck, a souvent réfléchi à la faisabilité d'un projet de construction comme l'énergie solaire à cette altitude. La filiale d'installation de Duke Energy, REC Solar, a construit un réseau de 100 kW au siège de Keck en 2013, mais ce site est à Waimea, qui se trouve à quelques heures de route du sommet des télescopes et a été exempté du vaste processus d'autorisation pour les projets de construction sur Maunakea.

Un nouveau défi a été accepté. Grâce à la gamme des exigences de conception, de permis, d'ingénierie et d'installation, l'observatoire de Keck héberge désormais un panneau solaire de 137 kW entre ses deux télescopes.

«Ce projet a duré près de quatre ans», a déclaré Devenot. «Vous n'avez aucune idée du nombre de fois où ce projet n'a pas eu lieu.»

Mettre le solaire au sommet d'un volcan

Le premier télescope de l'observatoire de Keck a été construit en 1993. Depuis sa création, le site reste un atout souvent utilisé pour la recherche spatiale révolutionnaire, chaque télescope étant réservé des mois à l'avance par des astronomes et des étudiants des universités affiliées. Par exemple, en octobre, la professeure Andrea Ghez de l'UCLA a reçu le prix Nobel de physique 2020 pour ses recherches à l'observatoire de Keck sur l'existence d'un trou noir supermassif dans la galaxie de la Voie lactée.

L'équipe de techniciens de l'observatoire Keck maintient les télescopes infrarouges en marche, remplaçant l'infrastructure vieillissante par des éclairages, des moteurs, des sécheurs d'air et des entraînements à fréquence variable plus récents. L'ajout de l'énergie solaire à un endroit qui observe les étoiles faisait partie de cet entretien.

"Nous avons la responsabilité envers la communauté scientifique de fournir le télescope qui sera prêt à être utilisé la nuit, donc notre mission pendant la journée est de nous assurer que tout va bien pour eux", a déclaré Devenot.

Le panneau solaire installé entre les télescopes Keck a techniquement une empreinte plus petite que son système frère au siège de l'observatoire, mais il produit plus d'énergie à la fois au niveau de l'équipement et à partir d'une exposition aux UV plus élevée en élévation. REC Solar, qui a été ramené pour ce deuxième projet, a constaté que le système fonctionnait à 115% d'efficacité dans cet environnement. Le réseau fournit 15% des besoins en électricité de l’observatoire de Keck. Il était situé suffisamment loin de l'une ou l'autre des tours pour empêcher la glace tombant des télescopes de se poser sur les panneaux, et les modules ont été posés à plat pour minimiser la résistance des vents élevés au sommet du volcan.

REC Solar a installé un système solaire de 137 kW entre les deux télescopes de W.M. Observatoire de Keck au sommet de Maunakea, un volcan en sommeil et le point le plus élevé d'Hawaï. Mark Devenot / W.M. Observatoire de Keck

Le réseau lui-même est composé de 332 modules LG NeON 400-W, d'onduleurs SMA Sunny Tripower 30 kW et d'une fondation et d'une structure spécialement conçues, cette dernière utilisant des canaux SnapNrack et des clips sur un cadre Unistrut galvanisé.

Les fondations se sont avérées être un élément de conception majeur pour le tableau. La surface du toit entre les télescopes Keck I et II est en EPDM recouvert de cendre du volcan endormi. Retirer la pierre à la main pour la conception initiale a pris des jours, a déclaré Devenot. Les installateurs ont amené une mini-pelle à Maunakea pour enlever soigneusement la cendre.

«Vous avez ce que vous appelez un système de toiture à membrane inversée, et il est unique, probablement le seul à Hawaï», a-t-il déclaré. "Mais quelqu'un a eu la clairvoyance quand ils ont conçu l'installation pour faire cela et c'est incroyable, parce que la cendre agit comme un isolant à la fois contre les conditions météorologiques et les UV en attaquant l'EPDM."

Et il fonctionne. Après 27 ans sous cette cendre, selon l'inspection, l'EPDM est apparu tout neuf. Pour maintenir l’intégrité du toit, le système solaire est ballasté avec des plaques d’acier de 150 ou 275 livres et de 2 pieds ou 3 pieds carrés. Les plaques reposent sur l'EPDM et le béton a été remplacé, recouvrant les ballasts.

«Pour moi, le plus grand défi et le plus grand risque que nous ayons eu pour le projet était de savoir comment fixer les panneaux au toit», a déclaré Devenot.

Des risques supplémentaires lors de l'installation résultaient de l'environnement et de l'altitude. Les entrepreneurs solaires ont travaillé pendant environ quatre semaines dans une atmosphère déclassée, ce qui à près de 14 000 pieds au-dessus du niveau de la mer réduit la qualité de l'oxygène d'environ 40% et pourrait entraîner une hypoxie.

L'équipe d'installation a été logée au Centre d'Onizuka pour l'astronomie internationale sur la montagne pour s'acclimater au climat, et les installateurs ont reçu des kits d'oxygène d'urgence. L'environnement était peut-être idéal pour les panneaux solaires, mais les installateurs devaient se méfier de l'exposition aux UV, de la faible humidité et des vents déclassés pouvant atteindre la vitesse des ouragans.

«Garder les gens en bonne santé et en sécurité là-bas était notre principale préoccupation», a déclaré Lucas Shield, chef de projet senior chez REC Solar. «Nous avions de l'oxygène supplémentaire sous la main, nous nous assurions que tout le monde prenait des pauses régulières et buvait toujours de l'eau. Et il n'y avait pas de téléphone portable autorisé là-haut parce qu'il interfère avec l'équipement du télescope. Donc, nous avons eu des enregistrements réguliers avec tout le monde, mais aucun téléphone portable n'a créé de problème logistique car vous ne pouvez pas simplement descendre la montagne pour aller chercher du matériel. "

Escalader la montagne qui le permet

Les projets de construction à Maunakea relèvent de la compétence du Bureau de gestion de Maunakea et du Département des terres et des ressources naturelles. Le volcan endormi occupe une place importante dans la culture autochtone hawaïenne, et des groupes ont protesté contre la construction potentielle du «télescope de trente mètres» qui rejoindrait 13 autres déjà dans la zone d'astronomie de la montagne.

L'observatoire et le panneau solaire qui l'accompagne se trouvent à près de 14000 pieds au-dessus du niveau de la mer, où l'exposition aux UV est prononcée, la vitesse du vent est réduite et la pression atmosphérique provoque une baisse de 40% des niveaux d'oxygène. Mark Devenot / W.M. Observatoire de Keck

Une nouvelle construction sur le volcan n'est pas courante et doit répondre à certaines exigences aux niveaux environnemental, esthétique et culturel. L'ajout du panneau solaire à lui seul est passé par des années de discussions, de réunions et de comités d'examen. Ensuite, il y a eu la question de la conclusion d'un contrat de location et de l'obtention de l'autorisation du service public local Hawaiian Electric pour exporter de l'électricité. Tous les équipements lourds utilisés sur le projet du sommet de la montagne devaient également être approuvés.

Devenot ne s’attend pas à ce que d’autres projets solaires soient installés pour l’observatoire de Keck à Maunakea étant donné le processus d’autorisation, l’environnement capricieux et le manque d’espace.

On peut affirmer que Maunakea est la plus haute montagne de la planète, si elle est mesurée à partir de sa base située sous le niveau de la mer. Cependant, le panneau solaire ne peut pas prétendre être installé à la plus haute altitude de la planète – cette désignation appartient à un système de 4 kW dans l'Himalaya – mais c'est le plus grand à être installé à cette hauteur.

«Ce système a peut-être été considéré par certains comme un défi ou en dehors de notre périmètre de travail habituel», a déclaré Christopher Licciardi, directeur principal de la livraison de projet chez REC Solar, «mais c'était amusant pour nous.

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