Quels sont les effets des vagues sur le PV flottant à membrane ?

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D’après pv magazine International

Une équipe de scientifiques de l’Université Jiao Tong de Shanghai, en Chine, a évalué la résistance aux vagues et aux contraintes mécaniques d’une plateforme photovoltaïque flottante équipée de membranes pour des applications en haute mer. Leurs travaux sont détaillés dans l’article « A frequency-domain hydroelastic analysis of a membrane-based offshore floating photovoltaic platform in regular waves », paru dans Journal of Fluids and Structures.

« Nos travaux pourraient, pour la première fois, aboutir à l’élaboration d’une méthode de calcul numérique efficace pour évaluer la réponse dynamique en haute mer des plateformes photovoltaïques flottantes équipées de membranes face aux vagues et aux courants, indique Xiantao Zhang, principal auteur de l’étude, à pv magazine. Cela va considérablement encourager une conception rationnelle et l’évaluation de la sécurité pour cette structure flottante ultra-flexible novatrice, et ainsi favoriser le développement des technologies photovoltaïques en mer. »

Les scientifiques expliquent que la membrane PV utilisée pour les essais présente un diamètre de 1 m, un flotteur d’un diamètre transverse de 0,032 m, une épaisseur de 0,011 m, une masse de 1,3 kg et une rigidité à la flexion sur l’eau de 0,11 N/m².

Les universitaires ont surtout observé la réponse hydro-élastique globale dans le domaine fréquentiel de la membrane soumise à des vagues régulières. Leur analyse se fonde sur la théorie des écoulements potentiels et la théorie de l’hydro-élasticité 3D. Cette dernière est couramment utilisée pour prévoir l’effet hydro-élastique dû aux charges induites par les vagues sur un corps flottant, tandis que la première est un modèle d’écoulement des liquides non compressibles, non visqueux et non rotationnels.

« Nous avons commencé par une étude de convergence centrée sur le nombre de modes pour les mouvements dans le plan et hors plan », précisent-ils, en ajoutant qu’ils ont aussi prévu un modèle entièrement axisymétrique excluant l’influence de l’amarrage ainsi que des scénarios de direction des vagues avec des points d’amarrage aux orientations différentes. « Nous présentons l’amplitude de réponse pour chaque mode, ainsi que les résultats au niveau des différents points de test ».

Ils ont en outre appliqué la méthode des multiplicateurs de Lagrange pour évaluer les conditions de connexion entre la membrane et le flotteur. Cette méthode sert généralement en optimisation mathématique pour calculer les minima ou maxima locaux d’une fonction soumise à une contrainte.

D’après les observations des chercheurs, lorsque la fréquence des vagues est faible, le mouvement du flotteur et de la membrane suit celui des vagues. En revanche, lorsque la fréquence des vagues est élevée, la rigidité du flotteur augmente, ainsi que l’interaction en trois dimensions de la plateforme.

« Ce changement soulève des inquiétudes quant aux effets du déferlement des vagues et de la sortie de l’eau sur les performances opérationnelles de la plateforme PV, constatent-ils. Les mouvements dans le plan et hors plan sont essentiels pour les systèmes PV flottants. Le mouvement dans le plan a une incidence sur la conception du système d’ancrage et a des répercussions sur la répartition des contraintes au niveau de la membrane et des panneaux solaires. »

Selon le groupe de chercheurs, leurs observations mettent en lumière l’influence capitale des caractéristiques des vagues, et en particulier en cas de vagues fréquentes. « Nos travaux à venir porteront sur un modèle plus complet dans le domaine temporel, lequel permettra une représentation plus détaillée et plus précise du comportement de la plateforme dans différentes conditions », annoncent les scientifiques à propos de leurs projets.

Traduction assurée par Christelle Taureau

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