Une étude néerlandaise déconstruit certains mythes autour du solaire flottant

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Une nouvelle recherche de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) s’est penché sur un certain nombre de mythes sur la technologie photovoltaïque flottante, tout en fournissant une image plus réaliste de la façon dont ce segment de marché émergent a du mal à concurrencer les centrales au sol.

Dans le texte « Innovative floating bifacial photovoltaic solutions for inland water areas » – récemment publié dans Progress in Photovoltaics – le groupe de chercheurs néerlandais a identifié des lacunes dans les connaissances et des défis à relever pour rapprocher la technologie flottante de la maturité commerciale.

« Si nous concevons des flotteurs qui fonctionnent comme un sol virtuel fiable et que nous relevons des défis techniques tels que les forces du vent et des vagues, les tempêtes de grêle, les déjections d’oiseaux entre autres, alors le solaire flottant pourra atteindre un coût actualisé de l’énergie (LCoE) LCOE inférieur à celui des centrales au sol, affirme le chercheur Hesan Ziar à pv magazine. Ici, à la TU Delft, avec nos partenaires, nous travaillons sur les différentes solutions aux défis techniques associés au photovoltaïque flottant ». Aux Pays-Bas, le LCOE pour les systèmes photovoltaïques flottants standard pourrait ainsi être inférieur à 0,07 € / kWh.

« Un LCOE plus faible peut également être atteint dans les projets combinant le photovoltaïque flottant et l’hydroélectricité, car il apporte des avantages tels que la flexibilité pour la production d’électricité et empêche l’évaporation de l’eau derrière les barrages », poursuit Hesan Ziar. En outre, la combinaison entre le PV flottant et les éoliennes offshore pourrait également entraîner une baisse du LCOE pour l’électricité durable. Cependant, beaucoup d’obstacles sont à surmonter.

Effet albédo

Dans un exemple, les scientifiques ont examiné l’utilisation de panneaux solaires bifaciaux dans des systèmes flottants. Ils ont analysé l’albédo de l’eau à différents niveaux au-dessus de la surface de l’eau avec des installations PV dans un bassin d’essai. Ils ont constaté que la valeur d’albédo du sol sur le rivage était plus élevée, à 15,64 %, tandis que l’albédo de l’eau (avec des profondeurs de 0,5 et 1 mètre) était de 7,71 % et 8,11 %, respectivement. « Le très faible albédo de l’eau prédit une faible contribution de l’énergie lumineuse réfléchie pour les installations photovoltaïques bifaces et suggère donc la nécessité d’utiliser des réflecteurs », déclarent les universitaires, ajoutant que la valeur d’albédo moyenne pondérée en fonction de l’irradiance pour les eaux intérieures est d’environ 6,5 %. Leurs résultats contredisent donc la croyance commune selon laquelle les panneaux photovoltaïques flottants bifaciaux peuvent bénéficier d’une forte lumière du soleil réfléchie par l’eau.

La centrale photovoltaïque flottante développée par Akuo, à Piolenc (Vaucluse)

Photo : Akuo

« Comme pour toute nouvelle technologie, le photovoltaïque bifacial et flottant est toujours freiné par le manque ou l’inaccessibilité des données de terrain à long terme pour démontrer ses performances réelles dans diverses conditions », estiment les chercheurs.

Refroidissement dans l’eau

Une autre idée reçue concerne le contact partiel avec l’eau qui pourrait aider à réduire la température de fonctionnement des panneaux solaires. « Pour les applications de trempage dans l’eau, il est toujours important de trouver le point idéal qui maintient la température basse mais ne réduit pas considérablement l’irradiance affectée », ont déclaré les scientifiques. Cependant, l’application de cette technique aux panneaux bifaciaux en mettant leur châssis inférieur en contact avec l’eau n’a pas conduit à des gains significatifs en termes de réduction de température ou d’augmentation de rendement énergétique.

« La température dans la partie inférieure du module est considérablement plus basse pour le cas où le module est mis en contact avec de l’eau, mais cet effet n’est guère étendu aux autres cellules PV », assurent les chercheurs, ajoutant le gain annuel total déclaré était limité, à environ 0,17 %. «Compte tenu du faible gain d’énergie et du risque plus élevé d’effet PID (dégradation induite par le potentiel), cette option est laissée en dehors de la perspective d’un système PV bifacial flottant durable ».

Autres problèmes

Le chercheur recommande l’utilisation de techniques de contrôle actif des oiseaux dans les systèmes photovoltaïques flottants, car la présence d’oiseaux et de leurs excréments peut réduire partiellement l’irradiance sur les réflecteurs et les panneaux. « Quelques actions passives peuvent être effectuées pour réduire les effets de présence des oiseaux, comme augmenter la distance des réflecteurs par rapport au niveau de l’eau et les placer légèrement inclinés dans le système rétractable et garder l’île flottante pendant la nuit, explique le scientifique. Cependant, cette observation suggère des techniques de contrôle des oiseaux plus actives, telles que le contrôle des oiseaux par laser ». Enfin, les systèmes flottants sont plus susceptibles d’être encrassés par l’accumulation de micro-organismes, de plantes, d’algues et de petits animaux à la surface des installations.

De plus, la recherche montre que seules les installations bifaciales avec réflecteurs et suivi horizontal à angle limité peuvent actuellement surpasser les installations photovoltaïques monofaciales montées au sol, en fournissant un rendement annuel supplémentaire de 17,3% (jusqu’à 29% en un mois de ciel clair). Cependant, de telles installations n’ont jamais été testées dans des projets réels et leurs coûts élevés pourraient compenser les gains réalisés dans la production d’électricité.

Enfin, selon Hesan Ziar, les panneaux photovoltaïques monofaciaux flottants rencontrent les mêmes problèmes que les systèmes photovoltaïques bifaciaux flottants. « Tous les défis sont également étendus aux systèmes photovoltaïques monofaciaux flottants, conclut-il. Par conséquent, étant donné que les panneaux photovoltaïques bifaces et monofaces ont un poids et une taille similaires et n’ont pas une grande différence de prix par watt-crête, en mettant en œuvre de bons réflecteurs et en les maintenant propres, le photovoltaïque flottant bifacial aura plus de chances à l’avenir ».

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