Énergie solaire flottante : avantages, composants clés et défis

Les principes électriques des centrales solaires flottantes sont similaires à ceux des systèmes au sol et installés sur les toitures. Leur particularité réside dans leur structure flottante amovible, qui permet de les installer sur des plans d'eau sous-exploités pour une production d'électricité à grande échelle. Cet article présente les avantages et les inconvénients des centrales solaires flottantes, ainsi que d'autres informations utiles.

Qu'est-ce que le solaire flottant ?

L'énergie solaire flottante, également connue sous le nom de photovoltaïque flottant (FPVLes systèmes solaires flottants désignent des ensembles de panneaux solaires installés à la surface de l'eau. Ces panneaux sont solidement fixés sur des plateformes flottantes, qui peuvent légèrement osciller sans que cela n'affecte la stabilité de la production d'électricité. Généralement, ces systèmes sont installés sur des étangs, des lacs et des réservoirs, car ces milieux sont généralement moins exposés au vent que l'océan.

L'énergie solaire flottante est une méthode de production d'électricité respectueuse de l'environnement qui combine les technologies marines et les énergies renouvelables. L'électricité produite par ces panneaux flottants est acheminée par des câbles sous-marins jusqu'à des pylônes de transport d'électricité dédiés.

Composants clés d'un système solaire flottant

Similaires à ceux utilisés dans les systèmes au sol ou sur toiture, ces panneaux captent la lumière du soleil et la convertissent en électricité. Des panneaux plus performants permettent d'optimiser la production d'énergie dans un espace restreint.

Les plateformes flottantes sont généralement fabriquées à partir de matériaux durables et à haute densité, tels que le PEHD (polyéthylène haute densité), afin de garantir la flottaison des panneaux solaires. Des cadres en aluminium peuvent également être ajoutés pour renforcer la stabilité et fournir une structure d'installation robuste aux panneaux solaires.

Le système d'ancrage maintient fermement la plateforme flottante en place, l'empêchant de dériver sous l'effet du vent ou des courants. Ceci garantit la stabilité et le positionnement précis du champ solaire. Les câbles d'ancrage peuvent être constitués de fibres synthétiques, de fils d'acier ou de chaînes, selon la profondeur et la nature du plan d'eau.

L'électricité en courant continu (CC) produite par les panneaux solaires doit être convertie en courant alternatif (CA) pour être utilisée dans les systèmes électriques. L'onduleur effectue cette conversion essentielle, garantissant une puissance de sortie optimale pour le réseau ou les installations sur site.

Des câbles étanches spéciaux et des connecteurs robustes assurent les connexions électriques au sein du système. Ces câbles relient les panneaux solaires entre eux et acheminent l'électricité produite vers l'onduleur et le point de raccordement au réseau électrique terrestre, garantissant ainsi un transfert d'énergie sûr et efficace.

Avantages de l'énergie solaire flottante

L'énergie solaire flottante permet une utilisation optimale de l'espace, notamment dans les régions où le foncier est rare ou trop coûteux. Les systèmes flottants peuvent être installés sur des plans d'eau sous-utilisés tels que les réservoirs, les barrages et les lacs, réduisant ainsi la nécessité de réaménager des terres ou de défricher des paysages naturels pour les centrales solaires. C'est un avantage considérable car cela permet de produire de l'électricité sans accaparer de précieuses terres, qui peuvent être utilisées à d'autres fins.

La relation symbiotique entre l'eau et les panneaux solaires contribue à accroître leur rendement. L'effet rafraîchissant naturel de l'eau permet de maintenir les panneaux solaires à une température de fonctionnement plus basse, réduisant ainsi les risques de surchauffe. Cette régulation thermique peut augmenter le rendement des panneaux solaires jusqu'à 15 %, ce qui se traduit par une production d'énergie accrue et un meilleur retour sur investissement.

Les plans d'eau possèdent des propriétés réfléchissantes naturelles qui renforcent l'effet d'albédo et augmentent l'efficacité des panneaux solaires flottants. La lumière solaire réfléchie par la surface de l'eau apporte davantage de photons aux panneaux, accroissant ainsi la quantité de lumière convertible en électricité. Cette interaction bénéfique augmente la production d'énergie totale, faisant du solaire flottant une solution intéressante pour optimiser la production d'énergie solaire.

Les panneaux solaires flottants contribuent à réduire l'évaporation de l'eau, préservant ainsi les ressources hydriques. Ceci est particulièrement précieux dans les régions sujettes à la sécheresse et semi-arides, où l'ombrage des panneaux flottants peut considérablement réduire les pertes d'eau. De plus, en bloquant la lumière du soleil, les systèmes flottants contribuent à limiter la prolifération d'algues nuisibles, améliorant ainsi la qualité de l'eau.

Comparativement aux systèmes solaires au sol, les systèmes solaires flottants sont généralement plus rentables. Nul besoin d'acheter de terrain ni d'aménager de vastes sites : leur installation est donc plus économique. De plus, leur proximité avec des centrales hydroélectriques ou des stations d'épuration existantes permet de réduire les coûts d'intégration et d'infrastructure de transport d'électricité.

Les premières études suggèrent que les systèmes solaires flottants ont un impact moindre sur la vie aquatique que d'autres structures flottantes ou sous-marines. La conception et le positionnement des panneaux solaires flottants garantissent une perturbation minimale des habitats aquatiques, favorisant ainsi une coexistence harmonieuse avec les écosystèmes aquatiques.

Vous pouvez commencer par un petit système solaire flottant et l'agrandir au fur et à mesure de vos besoins. La modularité des plateformes flottantes permet d'adapter facilement le système à différentes tailles et configurations de site.

Inconvénients des centrales solaires flottantes

Comparativement aux systèmes terrestres traditionnels, les systèmes solaires flottants, avec leurs plateformes, ancrages et câbles, sont plus complexes et leur coût initial est plus élevé. Cependant, certaines analyses de coûts suggèrent que, compte tenu des gains d'efficacité, le coût total sur la durée de vie du système pourrait être comparable, voire légèrement supérieur, à celui des systèmes terrestres.

L'énergie solaire flottante est exploitée dans le cadre de projets pilotes depuis plus de dix ans, démontrant ainsi sa fiabilité. Toutefois, sa durabilité à long terme reste à confirmer. Davantage de données sont nécessaires pour comprendre comment ces systèmes se comportent sur plusieurs décennies d'exposition, en tenant compte de facteurs tels que l'usure liée aux intempéries, la dégradation des performances au fil du temps et l'impact de la maintenance continue.

Cette technologie n'est pas universellement applicable. De nombreux projets solaires flottants sont de grande envergure et conçus pour alimenter des entreprises commerciales ou des services publics. Pour les particuliers ou les petites structures ayant besoin d'énergie solaire, les systèmes installés sur les toits ou au sol constituent généralement un choix plus pratique.

Actuellement, la plupart des centrales solaires flottantes sont installées dans des plans d'eau artificiels, tels que des réservoirs, des bassins de stockage d'eaux usées et des étangs d'irrigation agricole. On trouve également ces installations dans des carrières, des sites miniers, des barrages et des zones côtières. Si les plans d'eau naturels offrent des possibilités de développement solaire, les réservoirs artificiels présentent des avantages uniques. Ces réservoirs sont généralement dotés d'infrastructures et de voies d'accès préexistantes, ce qui facilite et réduit le coût de l'installation et de la maintenance des systèmes solaires flottants.

Systèmes flottants déployés en milieu marin

Les applications solaires flottantes s'orientent naturellement vers les milieux marins. La plupart des grandes villes du monde sont situées sur les côtes et sont actuellement confrontées à une forte croissance démographique, à une pénurie de terres et à des difficultés pour répondre à la demande énergétique croissante. Il en résulte un intérêt accru pour les applications marines des systèmes photovoltaïques flottants (FPV).

Les technologies adaptées aux milieux d'eau douce ne sont pas directement applicables au milieu marin. Il est donc nécessaire de développer des solutions spécifiques à ces environnements. L'une des technologies clés requises pour le déploiement de systèmes flottants en milieu marin est l'utilisation de matériaux composites capables de résister au vent, aux vagues, aux marées et aux vagues générées par les navires. Actuellement, les systèmes solaires flottants utilisent généralement des pontons en polyéthylène haute densité (PEHD), adaptés aux réservoirs d'eau douce et qui préviennent la contamination de l'eau potable. Cependant, pour l'eau de mer, il est indispensable de prendre en compte l'impact de la salinité sur la durabilité à long terme des matériaux.

Technologies clés pour les systèmes flottants offshore

Selon la région, la hauteur des vagues peut varier et leur déferlement peut soumettre la structure à des charges excessives, augmentant ainsi le coût des matériaux, des charpentes métalliques et des câbles d'ancrage, ainsi que les coûts d'exploitation. Comme le montre le schéma, basé sur des simulations hydrodynamiques, des vagues de 0,3 mètre de hauteur, combinées aux courants de marée et à la vitesse du vent, peuvent exercer une force d'impact d'environ 14 kN²/Hz sur les systèmes flottants.

JM Solar lance un projet de système flottant en mer

L'énergie solaire flottante évolue vers le déploiement de systèmes photovoltaïques flottants (FPV) en milieu marin. Actuellement, JM Solar, en collaboration avec l'Institut 725 du groupe China Shipbuilding, fait progresser le « Projet de démonstration d'application photovoltaïque flottante en mer », qui a entamé sa phase de tests pilotes en mer. L'expérience acquise avec les projets solaires flottants terrestres ouvre la voie à une mise à l'échelle et à une transition vers les environnements côtiers et hauturiers. Par conséquent, l'étude de la faisabilité technique et des défis liés à la conception de systèmes flottants pour les environnements marins revêt une importance pratique, les applications FPV étant initialement testées en zone côtière.