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Données météorologiques pour les prévisions solaires : prévisions numériques du temps (NWP), images satellite
Les données météorologiques constituent la base de toute prévision fiable de la production solaire.
La précision d'une chaîne de prévision photovoltaïque dépend directement des types de données collectées, de leur résolution spatiale et temporelle, de la période couverte par les données météorologiques historiques, ainsi que de la capacité à prendre en compte les phénomènes météorologiques extrêmes qui entraînent de fortes variations de la production photovoltaïque.
Trois catégories de données météorologiques sont requises : les modèles de prévision numérique du temps (PNT), l'imagerie satellite et les stations météorologiques au sol. Chaque source apporte des informations spécifiques sur les variables atmosphériques qui déterminent la production photovoltaïque : l'irradiance solaire (GHI, GTI), la couverture nuageuse, la température, l'humidité, les aérosols, l'albédo et le vent. Aucune de ces sources, prise isolément, ne suffit à couvrir l'ensemble des horizons de prévision et des régimes météorologiques.
CalibSun associe des mesures sur site à des résultats de modélisation numérique des prévisions météorologiques (NWP) post-traités et à des images satellite. Cette approche scientifique, développée en collaboration avec Mines Paris – PSL et s’appuyant sur plus de 15 ans d’expertise dans le domaine photovoltaïque acquise par Solaïs, transforme des données météorologiques hétérogènes en prévisions hautement performantes destinées aux exploitants de parcs photovoltaïques, aux négociants et aux agrégateurs du monde entier.
Points clés à retenir
- Données météorologiques Pour les prévisions solaires, on combine quatre sources d'informations : les prévisions numériques de la météorologie (NWP), l'imagerie satellite, les observations au sol et les données de réanalyse.
- Modèles NWP (ECMWF, GFS, AROME, ICON) couvrent des horizons allant de J+1 à J+15, en s'appuyant sur l'assimilation de données et les prévisions d'ensemble.
- L'imagerie satellite (Meteosat, GOES, Himawari), exploitée à l'aide de vecteurs de mouvement des nuages, domine les prévisions à très court terme (0 à 4 h) malgré ses limites avérées.
- La combinaison intelligente de techniques telles que le mélange, l'algorithme k-NN et l'apprentissage automatique permet d'obtenir prévisions déterministes et probabilistes (P5–P95).
- CalibSun met à profit son expertise météorologique approfondie — sélection de variables, réduction d'échelle, correction des biais saisonniers, contrôle qualité, gestion de la latence — pour fournir des prévisions hautement performantes concernant des centrales photovoltaïques de plusieurs GW à travers le monde.
Quelles sont les principales catégories de données météorologiques utilisées dans Prévisions solaires ?
Dans le cadre des prévisions solaires, données météorologiques désigne l'ensemble complet des variables météorologiques — mesurées, simulées ou réanalysées — utilisées pour estimer le rayonnement solaire et prévoir la production photovoltaïque. Les variables pertinentes paramètres mesurés notamment le rayonnement solaire (GHI, GTI), la couverture nuageuse, température de l'air, pression atmosphérique (ou pression barométrique), vitesse du vent, direction du vent, l'humidité relative, la concentration en aérosols, la teneur en eau de la colonne atmosphérique et les précipitations (pluie, neige, chute de neige).
On exploite trois grandes catégories de données météorologiques :
- Prévision numérique du temps (NWP) résultats — simulations physiques de l'atmosphère.
- Images satellites — des observations en temps quasi réel de la couverture nuageuse.
- Observations météorologiques au sol — mesures tirées de stations météorologiques, des pyranomètres et des caméras d'observation du ciel.
Modèles de prévision numérique du temps (NWP)
Les modèles NWP simulent l'atmosphère en résolvant numériquement les équations physiques régissant la dynamique des fluides, le transfert radiatif et la thermodynamique. Ils produisent des prévisions des variables météorologiques sur des horizons allant de quelques heures à dix jours. Deux principes sont au cœur de leur fonctionnement : assimilation des données et prévision d'ensemble.
Les modèles globaux sont particulièrement adaptés aux horizons à moyen et long terme (D+1 à D+10). Les modèles régionaux, alimentés par des conditions aux limites issues des modèles globaux, offrent une résolution spatiale plus fine et une meilleure représentation des phénomènes locaux tendances météorologiques, notamment sur des terrains accidentés.
Images satellites
L'imagerie satellite constitue la principale source de données météorologiques pour les prévisions solaires à court terme (de 15 minutes à 6 heures). Les satellites géostationnaires utilisés sont principalement :
- Meteosat (EUMETSAT) — Europe, Afrique, Atlantique.
- GOES (NOAA) — Amériques.
- Himawari (JMA, Japon) — Asie-Pacifique.
Ces satellites fournissent des images multispectrales d'une résolution spatiale comprise entre 1 et 5 km et d'une résolution temporelle de 10 à 15 minutes (pouvant descendre jusqu'à 1 à 2 minutes en mode de balayage rapide). À partir d'images successives, vecteurs de mouvement des nuages sont obtenues : en suivant le déplacement des structures nuageuses entre deux acquisitions, le modèle extrapole l'évolution à court terme de la couverture nuageuse et, par conséquent, l'irradiance de surface.
Observations météorologiques au sol
Les mesures effectuées sur site comprennent les données des pyranomètres (GHI, GTI), les données de production en temps réel du système SCADA et les observations du capteur d'imagerie du ciel. Elles constituent la seule référence directe permettant de vérifier ce qui se passe réellement au sein de la centrale et sont indispensables à la correction des biais, au recalibrage dynamique des résultats des modèles de prévision numérique du temps (NWP) et des données satellitaires, ainsi qu'aux prévisions à très court terme.
L'intégration de CalibSun et expertise météorologique
Combinaison de sources à l'aide de la méthode k-NN
Pondération dynamique par horizon
L'algorithme de CalibSun est similaire à celui d'un k-voisins les plus proches (k-NN) méthode d'apprentissage automatique. Les poids de chaque source sont recalculées pour chaque prévision et pour chaque horizon, à une fréquence comprise entre De 1 à 15 minutes. Cette méthode calcule la distance entre la situation météorologique actuelle et l'ensemble complet des situations historiques, identifie les situations les plus similaires et établit une prévision probabiliste à partir des résultats observés pour ces dernières.
Prévisions probabilistes
Au-delà d'une valeur déterministe, CalibSun produit prévisions probabilistes sous forme de quantiles (généralement P5 à P95), qui permettent de quantifier l'incertitude associée à chaque prévision. Ces quantiles, issus d'ensembles de prévisions numériques de l'état de l'atmosphère (NWP) et de la dispersion des situations analogues identifiées par la méthode k-NN, sont essentiels pour les exploitants de centrales photovoltaïques chargés de gérer les risques liés à de vastes portefeuilles.
Horizons de prévision et sélection des sources
- Données météorologiques
L'expertise météorologique de CalibSun
Sélection des variables et intégration des modèles les plus récents
CalibSun assure un suivi actif des nouveaux modèles de prévision numérique du temps (NWP) disponibles. Chaque nouveau modèle est testé sur plusieurs sites et dans différentes conditions climatiques, et n'est intégrée dans la chaîne opérationnelle que s'il est démontré qu'elle contribue positivement à la qualité des prévisions. La méthodologie de sélection des variables, présentée lors de la ICEM 2025 Cette conférence scientifique identifie les variables de prévision numérique du temps (PNT) ayant l'impact le plus important sur le rayonnement solaire de surface, grâce à un recoupement avec des mesures effectuées sur site dans divers contextes climatiques.
Post-traitement météorologique avancé
Les données brutes issues des modèles de prévisions météorologiques numériques (NWP) nécessitent un post-traitement spécifique pour atteindre le niveau de précision requis sur les sites photovoltaïques. CalibSun met en œuvre plusieurs étapes de traitement :
- Réduction d'échelle : affinement statistique et dynamique des résultats de la prévision numérique du temps (PNT) à partir d'un maillage grossier (9 à 25 km) jusqu'à l'échelle de l'installation.
- Contrôle de la qualité des données de mesure : validation des observations sur site afin de détecter les défaillances, les dérives ou les anomalies des capteurs avant leur intégration dans la chaîne de prévision.
Expertise scientifique en météorologie
L'expertise météorologique de CalibSun est dirigée par Alexandre Boilley, météorologue en chef, qui a obtenu son doctorat à Météo-France en 2011 sur la simulation numérique de phénomènes locaux avec assimilation de données de mesure au sol, et qui a 15 ans d'expérience dans la prévision du rayonnement solaire. Cette expertise est complétée par un savoir-faire approfondi en matière de photovoltaïque et de ressources solaires, hérité de Solaïs, la société mère de CalibSun, qui collabore depuis Mines Paris – PSL depuis 2009 sur l'évaluation et la prévision des ressources solaires. Une équipe d'experts scientifiques apporte un soutien continu, étayé par des publications évaluées par des pairs et des communications présentées lors de congrès.
Prévisions hautement performantes à l'échelle mondiale
La combinaison de données météorologiques provenant de multiples sources, d’un mélange dynamique, de prévisions probabilistes, d’un post-traitement avancé et d’un recalibrage sur site permet à CalibSun de fournir des prévisions hautement performantes dans des contextes climatiques très variés, allant des zones arides (forte concentration en aérosols) aux régions tropicales humides (convection profonde) et aux hautes latitudes (faible angle d'incidence du soleil, neige sur le terrain). Cette robustesse est particulièrement cruciale pour les opérateurs qui doivent garantir la précision des prévisions sur des sites hétérogènes et dans des conditions variées phénomènes météorologiques.
L'écart entre la résolution des modèles de prévision numérique du temps (9 à 25 km) et l'étendue physique d'une centrale photovoltaïque, qui va de quelques centaines de mètres à plusieurs kilomètres pour des centrales de plusieurs GW, telles que celle de Khavda, ce qui signifie que les phénomènes météorologiques locaux ne sont pas pris en compte par les modèles. La réduction d'échelle et le recalibrage sur site sont donc indispensables pour rendre compte de la variabilité intra-centrale qui détermine la production réelle
- Questions
Foire aux questions sur les données météorologiques
Quelle est la différence entre les prévisions NWP et les images satellite pour les prévisions photovoltaïques ?
Les modèles NWP simulent l'atmosphère à l'aide d'équations physiques et couvrent des horizons allant de quelques heures à environ 15 jours. L'imagerie satellite observe la couverture nuageuse en temps quasi réel et excelle dans les prévisions immédiates et à court terme (0 à 6 h) grâce aux vecteurs de mouvement des nuages.
Pourquoi combiner plusieurs sources de données météorologiques ?
Aucune source unique ne couvre tous les horizons ou tous les contextes géographiques. L'approche hybride de CalibSun, basée sur l'algorithme KNN, pondère de manière dynamique les données issues de la prévision numérique du temps (NWP), des satellites et des mesures sur site en fonction de l'horizon de prévision et du climat local, les pondérations étant mises à jour toutes les 1 à 15 minutes. Cela garantit la précision des prévisions dans des conditions météorologiques variées – qu'il s'agisse d'orages violents, de vents destructeurs, de précipitations ou de situations de sécheresse –, assurant ainsi des prévisions quotidiennes fiables aux exploitants de centrales photovoltaïques gérant des parcs de plusieurs MW.
Pourquoi l'irradiance solaire est-elle plus difficile à prévoir que d'autres variables météorologiques ?
Dans les modèles de prévision numérique du temps (NWP), l'irradiance est une variable diagnostique calculée à la fin de la chaîne de modélisation, en aval de l'estimation de la couverture nuageuse réalisée à l'aide de techniques de transfert radiatif. Elle accumule les erreurs en amont et nécessite un post-traitement spécifique ainsi qu'un recalibrage sur site pour atteindre une précision opérationnelle sur les centrales photovoltaïques.
Quels sont les atouts et les limites de l'imagerie satellite ?
L'imagerie satellite est essentielle pour prévisions à court terme (0 à 4 h), où il surpasse les modèles de prévision numérique du temps. Il convient toutefois de tenir compte de plusieurs limites :
- Nuages multicouches : difficulté à distinguer les contributions optiques des couches nuageuses superposées.
- Brouillard et stratus bas : faible contraste par rapport à la surface, notamment au-dessus des terres.
- Neige au sol : confusion entre la couverture neigeuse et la couverture nuageuse (signature spectrale similaire dans le spectre visible).
- Faible angle d'incidence du soleil : des distorsions importantes à l'aube, au crépuscule et aux hautes latitudes.
- Bords de l'image : des distorsions géométriques à la périphérie du champ de vision du satellite.
Pour les centrales photovoltaïques situées à la limite de la zone de couverture d'un satellite, CalibSun applique recalibrage sur site: les prévisions sont corrigées à l'aide de mesures au sol locales, ce qui permet de pallier la perte de précision des estimations satellitaires dans ces zones — une approche distinctive propre à CalibSun.
