Que peut apporter la photovoltaïque flottante?
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Projet de conception d'une installation photovoltaïque flottante sur le lac de neige artificielle d'Espot Esquí
Dans le cadre du projet PSTD Bike Natura-Aventura, soutenu par le Consell Comarcal del Pallars Sobirà et cofinancé par les fonds européens Next Generation EU, nous avons développé la conception technique d’une installation photovoltaïque flottante pour l’autoconsommation sur le lac de neige artificielle « Els Estanyets », situé dans la station d’Espot Esquí à 2 120 mètres d’altitude.
Cette proposition s’inscrit dans l’action 5 « Photovoltaïque flottante sur les pistes de ski », dans le cadre de l’axe 2 « Amélioration de l’efficacité énergétique » du Plan de Durabilité Touristique dans les Destinations (PSTD). L’objectif est de promouvoir de nouvelles solutions énergétiques durables dans des environnements de haute montagne, en exploitant les infrastructures existantes et en réduisant l’empreinte environnementale des installations touristiques hivernales.
Avantages de la photovoltaïque flottante en environnement de haute montagne
L’installation de champs photovoltaïques sur des surfaces d’eau présente plusieurs avantages techniques et environnementaux:
• Optimisation de l’utilisation du sol, en particulier dans les environnements naturels protégés où l’impact paysager et territorial est crucial.
• Amélioration de l’efficacité des panneaux solaires grâce à l’effet de refroidissement de l’eau, qui réduit la température de fonctionnement et augmente le rendement électrique.
• Réduction de l’évaporation de l’eau du lac et limitation de la prolifération d’algues.
• Intégration fonctionnelle avec les infrastructures existantes, telles que les lacs de neige artificielle.
Ces installations sont particulièrement pertinentes dans le contexte actuel, où, après une longue période de sécheresse, les récentes pluies ont permis de récupérer les réserves d’eau dans de nombreux réservoirs et lacs à travers le pays.
Ce scénario renforce la nécessité de proposer des usages complémentaires et durables de ces ressources en eau, comme la génération d’électricité renouvelable sans émissions directes.
Le projet prévoit l’installation de rangées de modules photovoltaïques disposés horizontalement, placés sur une structure flottante spécifiquement conçue pour des conditions extrêmes de neige et de vent. Bien qu’il puisse être soumis à des changements, les points suivants ont été définis de manière préliminaire:
- Superficie minimale de lac disponible
- Structure flottante capable de supporter les charges de neige à cette altitude, avec un protocole de maintenance associé pour garantir le bon fonctionnement de l’installation. Orientation sud et placement du champ solaire dans la zone la plus ensoleillée, minimisant les ombres.
- Modules photovoltaïques monocristallins (mono-PERC) à haute efficacité avec une garantie produit de ≥ 15 ans.
- Inverseurs avec plusieurs MPPT pour optimiser la capture d’énergie.
- Diminution de la tension < 3%, avec un câblage conçu pour s’adapter aux variations du niveau de l’eau du lac.
- Passerelles techniques et d’accès intégrées à l’île flottante elle-même pour faciliter la maintenance.
- Ancrage flexible avec tendeurs adaptables aux changements de niveau de l’eau.
- Aménagement d’une salle technique pour loger les inverseurs et les protections électriques
Caractéristiques de la structure flottante
La structure de support repose sur des flotteurs de panneaux fabriqués en HDPE (polyéthylène haute densité) avec protection UV, offrant une inclinaison fixe de 15º pour les modules. Chaque module repose sur trois flotteurs, garantissant une flottabilité de 66 kg/m² et un espacement permettant une ventilation naturelle du panneau.
De plus, dans la conception, il est prévu l’installation de flotteurs de maintenance avec une surface rugueuse antidérapante permettant le déplacement sécurisé du personnel technique, ainsi qu’une passerelle d’accès depuis le bord du lac jusqu’à l’île flottante centrale.
Ce projet illustre le potentiel de la photovoltaïque flottante comme une solution innovante et réplicable, en particulier dans les zones de haute montagne où la compatibilité avec l’environnement est essentielle.
La conception prend en compte à la fois les exigences structurelles et opérationnelles, assurant une installation sûre, efficace et intégrée dans l’environnement.
À mesure que les ressources en eau se récupèrent, et dans le contexte de la transition énergétique urgente, il est essentiel de tirer parti des synergies entre l’énergie et le territoire pour générer de la valeur ajoutée et progresser vers une gestion plus intelligente et durable des ressources.
Défis Clés du Photovoltaïque : Causes, Impact et Prévention
Défis Clés du Photovoltaïque : Causes, Impact et Prévention
Lorsqu’une installation photovoltaïque fonctionne de manière optimale, garantissant un approvisionnement électrique sûr et fiable, elle peut devenir une source d’électricité à grande échelle. Cependant, la technologie photovoltaïque fait face chaque jour à de grands défis en matière de qualité, d’installation, d’exploitation et de démantèlement. Voici cinq défis principaux auxquels la technologie photovoltaïque est confrontée :
Derating
Qu'est-ce que le Derating ?
Le derating fait référence à la réduction de la puissance des onduleurs photovoltaïques causée par des facteurs environnementaux tels que la chaleur, l’altitude et la tension. Dans des situations extrêmes, ce phénomène peut même arrêter la production. Cet effet est particulièrement notable dans les zones à hautes températures.
Causes du Derating
Les principales causes du derating sont :
- Température : Lorsque les onduleurs génèrent de la chaleur en convertissant le courant continu en courant alternatif (AC) et que la température ambiante est élevée, les onduleurs réduisent leur puissance pour protéger leurs composants internes.
- Altitude : À haute altitude, la faible densité de l’air facilite l’ionisation à haute tension, affectant les performances des onduleurs.
- Tension de courant continu : Il est essentiel de maintenir une plage de tension opérationnelle adéquate pour éviter le derating.
Comment Prévenir le Derating ?
Pour éviter cela, plusieurs actions peuvent être entreprises :
- Installation adéquate : Suivez les recommandations du fabricant en matière de ventilation et évitez l’exposition directe au soleil.
- Qualité des équipements : Choisissez des onduleurs de qualité avec des systèmes de ventilation efficaces, soit par convection, soit par ventilation forcée.
- Surveillance régulière : Effectuez des inspections périodiques des équipements pour garantir des performances optimales.
Effet LID (Light Induced Degradation)
Qu'est-ce que l'Effet LID ?
L’effet LID ou Dégradation Induite par la Lumière fait référence à la dégradation des modules photovoltaïques causée par des réactions chimiques dans les cellules de silicium, entraînant une perte de puissance et d’efficacité pendant les premiers mois d’exposition solaire. Cela peut entraîner une diminution allant jusqu’à 10 % de la puissance initiale.
Causes de l'Effet LID
L’origine principale de cet effet réside dans la réaction du bore avec des éléments tels que l’oxygène, le fer ou le cuivre présents dans la cellule de silicium. Bien que la présence de bore soit cruciale pour générer de l’électricité, ces réactions réduisent le flux d’électrons, affectant l’efficacité du module.
Les modules monocristallins de type P sont particulièrement vulnérables au LID en raison de la difficulté à éliminer complètement l’oxygène lors du processus de fabrication. En revanche, les cellules de type N, dopées au phosphore, présentent une plus grande résistance à cet effet.
Comment Prévenir l'Effet LID ?
- Application de températures élevées et de courants.
- Utilisation de technologies avancées telles que des lasers ou des LED.
- Élimination de l’oxygène dans la cellule, bien que cela soit coûteux.
- Remplacement du bore par du gallium.
Hotspot ou Point Chaud
Qu'est-ce qu'un Hotspot ou Point Chaud ?
Un hotspot est une zone localisée au sein d’un module photovoltaïque qui surchauffe, pouvant endommager le module ou, dans des cas extrêmes, provoquer un incendie. Ce problème est dû à une résistance élevée dans une zone spécifique, la transformant en un consommateur d’électricité qui génère de la chaleur, dépassant les 200°C.
Causes des Hotspots dans les Modules Photovoltaïques
Les hotspots peuvent être causés par des défauts internes, des ombres, des soudures cassées dues à un processus de fabrication défectueux, ou une mauvaise manipulation. D’autres facteurs incluent l’accumulation de saleté et des obstacles permanents tels que des arbres ou des cheminées.
Prévention des Hotspots
- Choisir des matériaux provenant de marques reconnues avec des processus de fabrication certifiés.
- Garantir un transport adéquat des modules.
- Suivre les instructions du fabricant lors de l’installation.
- Nettoyer régulièrement les modules en fonction des conditions du site.
- Effectuer des inspections périodiques avec des équipements spécialisés.
Délamination
Qu'est-ce que la Délamination ?
La délamination fait référence à la perte d’adhérence entre les différentes couches qui composent un module photovoltaïque. Ce défaut peut apparaître rapidement après l’installation, mais il peut également s’aggraver au cours de la durée de vie du module.
Causes de la Délamination dans un Module Photovoltaïque
La délamination est généralement associée à une fabrication inadéquate ou à l’utilisation de matériaux de faible qualité. De plus, un transport défectueux et une manipulation incorrecte lors de l’installation augmentent les risques de délamination. Les facteurs environnementaux tels que la température, l’humidité et les radiations UV accélèrent ce processus, en particulier dans les modules de faible qualité.
Détection et Prévention de la Délamination
La délamination peut être identifiée par inspection visuelle, en observant des changements de couleur dans le module, des taches blanchâtres sur la face avant ou la formation de bulles sur la face arrière.
Comment Prévenir la Délamination ?
- Acheter des matériaux provenant de marques de confiance avec des processus de fabrication certifiés.
- Assurer un transport adéquat, en maintenant les modules palettisés et exempts de poids supplémentaires.
- Manipuler les modules avec soin lors de l’installation, en suivant les recommandations du fabricant.
- Inspecter la centrale périodiquement, en effectuant des vérifications visuelles et en utilisant des équipements spécialisés au moins une fois par an.
Comment la Délamination Affecte-t-elle les Modules Photovoltaïques ?
Lorsque la délamination se produit loin du bord du module, elle peut influencer les performances sans représenter un risque immédiat pour la sécurité. Cependant, si la délamination s’étend jusqu’aux bords, elle peut permettre à l’air et à l’humidité de pénétrer, entraînant une corrosion et une détérioration irréversible du module, mettant en péril l’intégrité de l’installation.
Effet LeTID (Light and Elevated Temperature Induced Degradation)
Qu'est-ce que l'Effet LeTID ?
L’effet LeTID est un phénomène qui affecte les modules photovoltaïques, en particulier ceux utilisant des cellules PERC. Découvert en 2012, il provoque une perte de puissance due à l’exposition à la lumière du soleil, similaire au LID, mais se manifeste à des températures de fonctionnement supérieures à 50°C, tandis que le LID se produit à des températures plus basses.
Causes de l'Effet LeTID et Comment il Est Détecté
Les recherches désignent l’hydrogène comme le principal responsable. Pendant le processus de fabrication des cellules, les atomes d’hydrogène se diffusent à partir d’autres couches vers la zone active de la cellule. Les températures élevées lors du processus de fabrication augmentent cette diffusion, augmentant ainsi le risque de LeTID.
Ce problème n’est pas visible à l’œil nu, car le LeTID est détecté par une baisse anormale des performances des panneaux. Pour le confirmer, après avoir écarté d’autres défauts tels que les hotspots ou la délamination, des équipements d’électroluminescence sont utilisés, tout comme dans le cas du LID.
Prévention de l'Effet LeTID
Les fabricants et les laboratoires travaillent pour mieux comprendre et atténuer les effets du LeTID. Certaines mesures préventives dans la fabrication des cellules PERC incluent :
- L’utilisation de matériaux à faible teneur en hydrogène.
- La réduction des températures pendant le traitement des cellules.
- L’utilisation de plaquettes plus fines.
Ce que Vous Devez Savoir
Pour prévenir les effets du LID, des hotspots, de la délamination, du LeTID ou du derating, il est crucial de bien choisir les matériaux et les fabricants, d’optimiser les processus de traitement des plaquettes et d’appliquer des pratiques adéquates lors du transport, de l’installation et de l’entretien des modules photovoltaïques. La prévention et la détection de ces défauts garantissent non seulement une plus grande efficacité et une durée de vie plus longue des installations, mais offrent également des avantages économiques à long terme.
En définitive, l’industrie photovoltaïque est confrontée à des défis complexes qui affectent la durabilité et les performances des installations. Cependant, grâce à l’utilisation de matériaux de haute qualité, à l’application de technologies avancées et à un entretien adéquat, il est possible d’atténuer ces problèmes et de garantir que les installations fonctionnent de manière optimale. Chez Azimut360, nous travaillons pour offrir des solutions complètes et personnalisées dans la prévention et la détection de ces défauts, assurant que les installations photovoltaïques de nos clients maximisent leur efficacité et prolongent leur durée de vie, générant ainsi des avantages économiques durables à long terme.