Compatibilité avec l'eau potable
Le risque de contamination est un sujet très sensible, notamment lors de l'installation de systèmes photovoltaïques flottants sur des réservoirs contenant de l'eau potable. Les matériaux structurels peuvent potentiellement laisser échapper des substances nocives, ce qui constitue un risque pour la santé humaine. Pour éviter cela, il convient de sélectionner minutieusement les matériaux, les additifs et les revêtements. C'est ce que nous avons fait dans le cadre de notre tout premier projet mené sur un réservoir d'eau potable aux Pays-Bas, le projet Beerenplaat. (8 804 modules solaires répartis sur 1,5 hectare produisent 4 876 MWh d'électricité, soit l'équivalent de la consommation électrique d'environ 2 000 ménages néerlandais moyens)
Dans le cadre des projets photovoltaïques flottants de BayWa r.e, un fluide FR3 biodégradable spécial est utilisé en lieu et place de l'huile synthétique classique dans les transformateurs. Le transformateur est entouré d'un réservoir de collecte scellé pour empêcher l'huile de fuir dans l'eau, même dans le cas improbable d'un déversement.
En ce qui a trait aux matériaux de revêtement de l'acier, des calculs internes ont souligné certains taux de perte de zinc pour des unités photovoltaïques flottantes standard complètes de 1,4 ha dotées d'un revêtement Magnelis, ce qui représente environ 65 kg sur une période de 30 ans. Même avec des taux de couverture élevés (environ 50 % de couverture du lac à 20 m de profondeur), cela se traduit par un gain de concentration de seulement 0,1 mg/l au bout de 30 ans. En Allemagne, la limite maximale autorisée de concentration de zinc s'élève à 800 mg/l[52], soit quatre ordres de grandeur de plus que la perte de zinc maximale calculée.
Une fois exposés aux rayons UV, certains plastiques peuvent se détériorer, se fragiliser et libérer des particules dans l'eau.[53] Les plastiques utilisés dans les systèmes photovoltaïques flottants, par exemple au niveau des flotteurs qui assurent la flottabilité, doivent présenter une bonne stabilité aux UV. En cas d'incendie, les matériaux ne doivent pas s'enflammer et fondre, car cela créerait un risque supplémentaire de fuite de substances dans l'eau.
La stabilité aux UV des flotteurs en polyéthylène haute densité utilisés dans le cadre des projets BayWa r.e. a été testée conformément à la norme ASTM G154. Les échantillons ont été soumis à 42 cycles composés de 8 heures d'exposition aux rayons UVA-340 à 60 °C et de 4 heures de condensation de H2O (rosée) à 50 °C. Un mois d'essais en laboratoire représente une année de fonctionnement sous le climat de l'Arizona.
Suite à 26 mois d'essais en laboratoire, aucune usure n'a été détectée sur la surface des échantillons de matériaux. L'inflammabilité a été classée conformément à la norme DIN 75200. Les échantillons de flotteurs ont été mis en contact avec une flamme, mais ne se sont pas enflammés. Dès que la source d'allumage a été retirée, la flamme s'est éteinte rapidement.
Mathijssen et al.[54] ont étudié l'effet de la couverture partielle d'un réservoir d'eau potable par des panneaux solaires à Kralingen, aux Pays-Bas. L'étude a porté sur la charge microbienne et la libération de polluants par les modules solaires, et notamment sur les taux de mortalité des cryptosporidies, de la giardiase et des campylobactéries.
Les résultats ont révélé de faibles taux d'élimination des germes ainsi qu'une faible lixiviation des métaux lourds à partir des flotteurs, des composants, des matériaux d'étanchéité et des modules solaires. L'étude a également porté sur les composés organiques, mais aucun effet négatif n'a été constaté. Il est peu probable qu'une couverture de 30 % de la zone du lac liée au projet nuise à l'utilisation de l'eau potable.
Réduction de l'empreinte carbone et des émissions de CO₂
Il est important de calculer les émissions de CO₂ du projet photovoltaïque flottant lui-même. Celles-ci doivent être comparées aux économies d'émissions réalisées par rapport aux systèmes à combustibles fossiles. Les calculs de CO₂ doivent prendre en compte les émissions totales des systèmes photovoltaïques flottants sur l'ensemble de leur cycle de vie, y compris lors de la fabrication, du transport, de l'installation et de la mise hors service. L'amélioration continue des processus de fabrication et des matériaux permet d'améliorer les performances environnementales globales.
Le modèle BayWa r.e. se concentre sur les principales étapes du cycle de vie et évalue les émissions lors de chaque étape :
1. Processus en amont
comprend l'ensemble des émissions : extraction des matières premières, fabrication des composants, transports, etc.
3. Transport
comprend l'expédition de la Chine vers l'Europe et le transport par camion jusqu'au site du projet.
5. Utilisation du produit
évalue l'efficacité des onduleurs et des transformateurs en calculant les quantités de charge et l'autoconsommation photovoltaïque.
2. Fournisseur
prend en compte l'empreinte carbone (PCF) des modules photovoltaïques, des structures de montage, des onduleurs, des transformateurs, des batteries et des compartiments de batteries, du chauffage, de la ventilation et de la climatisation, ainsi que le poids des câbles.
4. Construction
prend en compte la consommation de diesel des véhicules de chantier (la technologie photovoltaïque flottante consomme moins que la technologie photovoltaïque au sol).
6. Démantèlement
utilise un calcul simplifié en fonction des émissions de la construction (%).
Un projet photovoltaïque flottant de 12,3 MWp d'une durée de vie moyenne de 30 ans permet d'économiser 5 194 tonnes de CO₂ par an par rapport à une usine à gaz moderne.[55]
Figure 14. Calculs des économies de CO₂ pour un projet photovoltaïque flottant de 12,3 MWp
Les émissions de CO2eq du projet sont amorties au bout de 2,01 ans.
Figure 15. Empreinte carbone (en tCO₂) des différents processus dans le périmètre du système BayWa r.e. pour un projet photovoltaïque flottant de 12,3 MWp
L'intensité des émissions varie en fonction des sources sous-jacentes et du champ d'application défini pour l'évaluation. L'empreinte carbone peut osciller entre 500 et 1 041 kgCO₂/kWp, avec une période d'amortissement du carbone comprise entre 1,23 et 2,69 ans. La contribution de 97,3 % des composants à l'empreinte carbone comprend les modules photovoltaïques, les onduleurs, les transformateurs, les matériaux de la structure de montage, les batteries (le cas échéant) et les câbles.
Figure 16. Contribution en % des différents composants à l'empreinte carbone
Ces calculs sont basés sur les données principales, lorsqu'elles sont disponibles et accessibles. Les résultats sont limités en ce qui concerne l'évaluation de tous les composants sur l'ensemble du système. Cela peut entraîner de légers écarts par rapport à d'autres études. Le traitement de fin de vie n'est pas compris dans les émissions de CO₂. Les résultats de nos calculs internes montrent principalement des économies de CO₂ liées aux émissions sur tout le cycle de vie.
En résumé, la technologie photovoltaïque flottante représente une stratégie tangible et efficace pour réduire les émissions de CO₂. Elle contribue à faire évoluer le paysage énergétique vers un avenir plus durable et sobre en carbone.