Nouvelle conception modulaire pour les plates-formes photovoltaïques offshore flottantes

Des chercheurs chinois et américains ont proposé une nouvelle solution photovoltaïque flottante modulaire (FPV) pour évaluer le comportement de plusieurs modules interconnectés en mer dans des conditions combinées de vent et de vagues. L'équipe, qui comprenait des scientifiques de l'Université de technologie de Dalian et de l'Université du Maine, a analysé différents types de systèmes FPV fixes et articulés pour déterminer les méthodes d'optimisation possibles.

"Les FPV", indique l'étude, "sont des systèmes multicorps complexes soumis à des vents, des vagues, des écoulements et d'autres champs multiphysiques couplés. Par conséquent, le développement de méthodes et de modèles d'ingénierie robustes pour la conception de systèmes FPV pour les environnements offshore est d'une importance capitale.

L'analyse a révélé que la réponse cinématique devenait plus prononcée à mesure que le nombre de modules augmentait, la réponse en inclinaison de la plate-forme 2 x 2 étant la plus forte pour les configurations étudiées. L'équipe a également constaté que le mouvement supplémentaire généré par la connexion charnière entraînait une réponse dynamique « non négligeable » du système FPV multicorps, alors que le système avec une connexion fixe ne présentait pas de réponse dynamique significative. De plus, les chercheurs ont constaté que la contrainte d'ancrage était plus élevée dans les systèmes à connexions articulées que dans les systèmes à connexions fixes.

Dans cette étude, l'équipe a présenté une nouvelle conception modulaire pour la plate-forme FPV qui intègre le concept d'une plate-forme d'ingénierie offshore semi-submersible. Il utilise un système d'amarrage tubulaire basé sur des courbes couramment utilisées pour l'amarrage des ponts, des navires et des plates-formes offshore. Les performances hydrodynamiques globales et les caractéristiques comportementales de différents types de plates-formes FPV ont été évaluées à l'aide d'une analyse du domaine fréquentiel sur un site offshore dans la province chinoise du Shandong.

Les chercheurs ont construit la plateforme FPV à partir d'un ponton cylindrique et d'une plaque à vagues. Ils ont installé des panneaux solaires sur des poutres en acier au-dessus des pontons, à une inclinaison de 10 degrés, chaque poutre fournissant au moins 250 kilowatts de puissance par plate-forme. Ils ont étudié le comportement en mouvement des systèmes FPV ancrés simples, 2 x 2 et 3 x 3 dans des conditions extrêmes.

"La stabilité des plates-formes FPV", affirment les chercheurs, "est d'une importance cruciale lorsqu'il s'agit d'éviter la perte d'équipement d'alimentation électrique due au chavirage et de minimiser les dommages aux câbles de transmission." La conception de l'amarrage est donc cruciale pour atténuer le comportement dynamique des systèmes FPV.

L'étude souligne que le comportement des vagues est influencé par le rapport masse/rigidité. Les chercheurs ont découvert qu'un système FPV 2 x 2 répond plus fortement à la vague lorsque le creux se trouve exactement à l'endroit où les deux modules se rencontrent et que les modules ont une forme en V. Cependant, l'ajout d'une troisième rangée de modules a permis de réduire le mouvement relatif de sorte que le « mouvement de tangage maximum de la plateforme 3 x 3 » soit inférieur au mouvement de tangage maximum de la plateforme 2 x 2.

Sur la base de leur analyse, l'équipe recommande que les systèmes FPV multi-corps soient montés à un angle d'au moins 15 degrés pour réduire les mouvements et la réponse structurelle.

Les résultats de l'équipe sont publiés dans le rapport de recherche « Évaluation du comportement dynamique des systèmes photovoltaïques flottants offshore multi-connectés sous charge combinée vague-vent : une analyse numérique complète », paru dans Horizons durables.

"Le système d'amarrage peut être optimisé pour améliorer encore les performances et réduire le comportement de mouvement de la plate-forme. Une telle optimisation peut conduire à des économies et rendre l'ensemble du système plus viable économiquement", conclut l'équipe.