16 oct. 2025
Photovoltaïques flottants basés sur un design de toile d'araignée
Un groupe de chercheurs de l'Université de Strathclyde en Écosse a proposé un nouveau concept de fermes photovoltaïques flottantes (FPV) de type toile.
La faisabilité technique de la conception a été analysée à l'aide du modèle de Morison, une méthode couramment utilisée pour évaluer les charges des vagues dans la conception des plateformes pétrolières et d'autres structures offshore. Différentes configurations de FPV ont été examinées pour évaluer les effets des charges environnementales et d'autres paramètres.
« Le concept flottant de type toile pour FPV proposé par notre article est une solution basée sur la nature inspirée des toiles d'araignée, qui construit de manière innovante un grand cadre élastique à la surface de l'océan pour accueillir des centrales solaires modulaires », a déclaré le premier co-auteur Zhi-Ming Yuan à pv magazine. « Les caractéristiques remarquables des toiles d'araignée, notamment le faible coût des matériaux, la grande tolérance aux dommages, la résistance aux charges d'impact et la bonne réparabilité, sont exactement ce dont nous avons désespérément besoin pour la prochaine génération de fermes solaires flottantes offshore. »
Les chercheurs ont proposé deux concepts de conception basés sur le type de structure en toile. Le premier utilise des cadres en toile composés de lignes spiralées et radiales, permettant au système de se déformer avec les vagues en tant que structure unifiée. La configuration alternative implique le déploiement du système entre les tours d'éoliennes offshore, qui fournissent un support structurel pour la toile. Dans les deux conceptions, le tableau photovoltaïque présente une disposition carrée.
« En tant que composants principaux supportant les forces, des cordes élastiques sont utilisées pour créer un cadre en toile flexible, de sorte que les vagues en mer ouverte seront absorbées par la déformation élastique du cadre », a déclaré Yuan. « Ce concept novateur a un grand potentiel pour être évolué en taille et en capacité, de plusieurs MW à GW, afin de faire face à différentes applications offshore. »
Pour analyser la distribution des charges sur les cordes, les chercheurs ont utilisé l'outil de simulation Riflex, qui est utilisé pour l'analyse statique et dynamique des structures marines élancées. L'étude s'est concentrée sur des tableaux photovoltaïques avec des configurations de 1 × 1, 2 × 1, 3 × 1 et 3 × 3 modules. Chaque module mesurait 2 mètres de long et de large, avec une hauteur de 0,8 mètres et un écart de 1 mètre entre les modules.
Les cordes synthétiques utilisées dans les simulations avaient une densité de matériau de 1,65 kg·m⁻¹ dans l'eau, un diamètre de 38 mm et une résistance de rupture minimale de 219 kN. Les directions des vagues testées étaient de 0°, 22,5°, 45°, 67,5° et 90°, avec des longueurs d'onde variant de 50 à 200 mètres. Un scénario de rupture de corde a également été simulé.
« Le résultat le plus surprenant est que la phase de mouvement pour les modules photovoltaïques flottants est plus importante que l'amplitude du mouvement. Lorsque les vagues longues et grandes arrivent, les modules solaires installés sur le cadre en toile flexible composé à la fois de lignes spiralées et radiales se déforment avec les vagues en tant que structure unifiée », a expliqué Zhi-Ming. « L'angle de phase des mouvements entre les modules adjacents est très faible, suggérant un mouvement relatif négligeable entre les modules voisins. Cela implique que le système transfère les charges de manière élégante – en dansant avec les vagues plutôt qu'en travaillant contre elles. Cela éviterait les ‘charges de rupture’ sur les cordes et les flotteurs, réalisant ainsi une excellente survie dans des conditions en mer ouverte. »
Pour les configurations de modules 1 × 1, 2 × 1 et 3 × 1, les réponses en mouvement et en tension des cordes ont montré des performances similaires sous des longueurs d'onde variées. Cependant, dans le tableau de modules 3 × 3, lorsque la direction de propagation des vagues était alignée parallèlement à l'une des cordes, la distribution de tension résultante devenait très déséquilibrée, augmentant considérablement le risque de défaillance.
« La conception et la recherche de cette ferme photovoltaïque flottante de type toile en sont encore à un stade précoce de preuve de concept. L'équipe de Strathclyde promeut activement la commercialisation de ce concept et de cette technologie de type toile », a conclu Zhi-Ming. « Ils travaillent avec d'autres partenaires académiques et industriels en Europe, y compris Seaflex, Sperra et Sunsurf, pour former des partenariats et des consortiums afin de demander des financements auprès de l'UE. Si cela réussit, nous élèverons le niveau de préparation technologique (TRL) à 4 dans les 3 prochaines années. »
La faisabilité technique de la conception a été analysée à l'aide du modèle de Morison, une méthode couramment utilisée pour évaluer les charges des vagues dans la conception des plateformes pétrolières et d'autres structures offshore. Différentes configurations de FPV ont été examinées pour évaluer les effets des charges environnementales et d'autres paramètres.
« Le concept flottant de type toile pour FPV proposé par notre article est une solution basée sur la nature inspirée des toiles d'araignée, qui construit de manière innovante un grand cadre élastique à la surface de l'océan pour accueillir des centrales solaires modulaires », a déclaré le premier co-auteur Zhi-Ming Yuan à pv magazine. « Les caractéristiques remarquables des toiles d'araignée, notamment le faible coût des matériaux, la grande tolérance aux dommages, la résistance aux charges d'impact et la bonne réparabilité, sont exactement ce dont nous avons désespérément besoin pour la prochaine génération de fermes solaires flottantes offshore. »
Les chercheurs ont proposé deux concepts de conception basés sur le type de structure en toile. Le premier utilise des cadres en toile composés de lignes spiralées et radiales, permettant au système de se déformer avec les vagues en tant que structure unifiée. La configuration alternative implique le déploiement du système entre les tours d'éoliennes offshore, qui fournissent un support structurel pour la toile. Dans les deux conceptions, le tableau photovoltaïque présente une disposition carrée.
« En tant que composants principaux supportant les forces, des cordes élastiques sont utilisées pour créer un cadre en toile flexible, de sorte que les vagues en mer ouverte seront absorbées par la déformation élastique du cadre », a déclaré Yuan. « Ce concept novateur a un grand potentiel pour être évolué en taille et en capacité, de plusieurs MW à GW, afin de faire face à différentes applications offshore. »
Pour analyser la distribution des charges sur les cordes, les chercheurs ont utilisé l'outil de simulation Riflex, qui est utilisé pour l'analyse statique et dynamique des structures marines élancées. L'étude s'est concentrée sur des tableaux photovoltaïques avec des configurations de 1 × 1, 2 × 1, 3 × 1 et 3 × 3 modules. Chaque module mesurait 2 mètres de long et de large, avec une hauteur de 0,8 mètres et un écart de 1 mètre entre les modules.
Les cordes synthétiques utilisées dans les simulations avaient une densité de matériau de 1,65 kg·m⁻¹ dans l'eau, un diamètre de 38 mm et une résistance de rupture minimale de 219 kN. Les directions des vagues testées étaient de 0°, 22,5°, 45°, 67,5° et 90°, avec des longueurs d'onde variant de 50 à 200 mètres. Un scénario de rupture de corde a également été simulé.
« Le résultat le plus surprenant est que la phase de mouvement pour les modules photovoltaïques flottants est plus importante que l'amplitude du mouvement. Lorsque les vagues longues et grandes arrivent, les modules solaires installés sur le cadre en toile flexible composé à la fois de lignes spiralées et radiales se déforment avec les vagues en tant que structure unifiée », a expliqué Zhi-Ming. « L'angle de phase des mouvements entre les modules adjacents est très faible, suggérant un mouvement relatif négligeable entre les modules voisins. Cela implique que le système transfère les charges de manière élégante – en dansant avec les vagues plutôt qu'en travaillant contre elles. Cela éviterait les ‘charges de rupture’ sur les cordes et les flotteurs, réalisant ainsi une excellente survie dans des conditions en mer ouverte. »
Pour les configurations de modules 1 × 1, 2 × 1 et 3 × 1, les réponses en mouvement et en tension des cordes ont montré des performances similaires sous des longueurs d'onde variées. Cependant, dans le tableau de modules 3 × 3, lorsque la direction de propagation des vagues était alignée parallèlement à l'une des cordes, la distribution de tension résultante devenait très déséquilibrée, augmentant considérablement le risque de défaillance.
« La conception et la recherche de cette ferme photovoltaïque flottante de type toile en sont encore à un stade précoce de preuve de concept. L'équipe de Strathclyde promeut activement la commercialisation de ce concept et de cette technologie de type toile », a conclu Zhi-Ming. « Ils travaillent avec d'autres partenaires académiques et industriels en Europe, y compris Seaflex, Sperra et Sunsurf, pour former des partenariats et des consortiums afin de demander des financements auprès de l'UE. Si cela réussit, nous élèverons le niveau de préparation technologique (TRL) à 4 dans les 3 prochaines années. »