آینده روشن برای فناوری خورشیدی شناور

با وجود هزینه های اولیه استقرار، پتانسیل پانل های فتوولتائیک فناوری خورشیدی شناور و مزارع فوق العاده است. IEC در حال آماده سازی استانداردها برای استفاده ایمن و کارآمد – و در همه شرایط آب و هوایی است.

پانل‌های فتوولتائیک خورشیدی شناور (FPV) – که گاهی اوقات فلواتوولتائیک نامیده می‌شود – یک گزینه نسبتاً جدید انرژی تجدیدپذیر است، اما با پتانسیل بسیار زیاد. طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی، در سال 2023، PV خورشیدی به تنهایی سه چهارم افزایش ظرفیت تجدیدپذیر در سراسر جهان را به خود اختصاص داد. با این حال، بیشتر پنل‌های خورشیدی نصب‌شده تاکنون در خشکی قرار گرفته‌اند، که مسائل مهمی را برای استفاده از زمین به‌ویژه در کشورهایی که زمین در آنها قیمت بالایی دارد، ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، این شامل ایالت‌های جزیره‌ای می‌شود، اما همچنین کشورهایی با تراکم جمعیت بالا که در آنها زمین یک محدودیت است.

این یکی از دلایلی است که پیش بینی می شود استقرار فناوری های خورشیدی شناور بر روی آب در چند سال آینده به سرعت افزایش یابد. یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی در بررسی این زمینه که در آوریل منتشر شد، می‌گوید: «با پوشش 70 درصدی جهان با آب، تحقیق و توسعه FPV بر روی سکوهای اقیانوسی، عصر جدیدی از انرژی خورشیدی را با پیشرفت سازه‌های شناور مقاوم می‌گشاید».

دانشمندان نتیجه می‌گیرند که سیستم‌های FPV در شرایط مشابه از سیستم‌های PV خورشیدی مستقر در خشکی بهتر عمل می‌کنند، اما هشدار می‌دهند که آب و هوای فراساحلی و جریان‌های خشن اقیانوس ممکن است چالش‌های جدی برای ساختارهای FPV ایجاد کند. آنها می گویند: «بنابراین، تلاش های تحقیق و توسعه برای رسیدگی به این موضوع بسیار مهم است.

سایه انداختن آب در فناوری خورشیدی شناور

ماژول‌های FPV پانل‌های PV خورشیدی هستند که بر روی سازه‌های قایق‌مانندی نصب می‌شوند که روی بدنه‌ای از آب مانند مخازن آب آشامیدنی، دریاچه‌های معدن، کانال‌های آبیاری، مخازن برق آبی یا کشاورزی، حوضچه‌های صنعتی و مناطق نزدیک به ساحل شناور هستند.

یکی از مزایای آشکار فناوری PV خورشیدی شناور این است که از اشغال فضای زمین جلوگیری می کند. همچنین می تواند اجازه دهد که تولید برق بسیار نزدیکتر به مناطقی باشد که تقاضا برای برق زیاد است. این فناوری را به گزینه ای جذاب برای کشورهایی با تراکم جمعیت بالا و کاربری های رقابتی برای زمین های موجود تبدیل می کند.

مزارع شناور خورشیدی همچنین مشکل دیگری را که ماژول‌های PV خورشیدی مبتنی بر خشکی معمولی را آزار می‌دهد حل می‌کند: ناکارآمدی زمانی که پانل‌ها بیش از حد داغ می‌شوند. پانل های FPV به دلیل اثر خنک کنندگی آبی که روی آن شناور می شوند، انرژی اضافی تولید می کنند. تخمین زده می شود که نزدیکی ماژول های خورشیدی شناور به آب، تولید برق آنها را تا 15 درصد افزایش دهد.

پانل های شناور ثابت نیز به عنوان سایه برای بدنه آب عمل می کنند که تبخیر آب را کاهش می دهد. این یک مزیت اضافی در مناطقی است که آب در حال کمیاب شدن است.

آسیا پیشتاز است

این فناوری به ویژه برای کشورهای آسیایی که زمین کمیاب است، اما سدهای برق آبی زیادی به شبکه برق متصل هستند، مناسب است. اولین نیروگاه خورشیدی شناور جهان در ژاپن ساخته شد. دریاچه‌ها و مخازن داخلی این کشور اکنون 73 مورد از 100 بزرگترین نیروگاه خورشیدی شناور جهان را در خود جای داده‌اند. یک نیروگاه خورشیدی شناور در شرق چین تقریباً 78000 مگاوات (MW) تولید می کند که برای تامین انرژی 21000 خانه کافی است. یک نیروگاه کره جنوبی 102.5 مگاوات تولید می کند که می تواند انرژی 35000 خانه را تامین کند. ایالت جزیره سنگاپور یک مزرعه خورشیدی با 13000 پنل FPV در تنگه جوهور با توانایی تولید حداکثر 5 مگاوات – انرژی کافی برای تامین انرژی 1400 آپارتمان مسکونی در تمام طول سال ساخته است. تخمین زده می شود که پروژه ای در سد سیریندهورن در تایلند به کاهش انتشار کربن به میزان 0546 تن در هر 1000 کیلووات در ساعت (کیلووات ساعت) کمک کند.

بر اساس تحلیلی که توسط پژوهشگر انرژی خورشیدی انجام شده است، پوشش تنها 10 درصد از مخازن مصنوعی در جهان با پانل‌های FPV منجر به ظرفیت نصب شده 20 تراوات (TW) می‌شود که 20 برابر بیشتر از کل ظرفیت خورشیدی PV جهانی امروز است. موسسه سنگاپور (سریس).

قابلیت اطمینان و نگرانی های مالی

با این حال، طبق گفته مرکز فناوری سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر در دانشگاه لافبورو بریتانیا، کمتر از 1 درصد از تاسیسات خورشیدی جهان شناور هستند. این تا حدودی به دلیل محدودیت های فنی و مالی است. آب شور باعث خوردگی می شود در حالی که قرار دادن پانل ها در زاویه مناسب دشوار و گران قیمت است.

اگرچه پانل ها به هم چسبیده و سپس به بیرون رانده می شوند، اما به یک سیستم لنگر نیاز دارند که به پایدار نگه داشتن پانتون کمک می کند. هرچه بدنه آب عمیق تر باشد، هزینه لنگر بیشتر می شود. همچنین بر هزینه‌های استقرار، تغییرات سطح آب، ویژگی‌های خاک/سنگ بستر و نوع شناورهای مورد استفاده برای پشتیبانی از ماژول‌های PV تأثیر می‌گذارد.

به عنوان مثال، هزینه های لنگرگاه گزارش شده برای پروژه آنهویی در چین نسبتاً پایین و در حدود 10 USD/kW است. در آبهای کم عمق است و از امکانات تولیدی و نیروی کار محلی بهره برده است. اما برای یک طرح مشابه در ژاپن، قیمت لنگر به طور قابل توجهی بالاتر است.

محققان همچنین به فقدان سیاست‌های حمایتی و نقشه‌های راه توسعه توسط دولت‌ها اشاره می‌کنند که می‌تواند مانع رشد و ماندگاری فناوری شود. نصب ماژول های شناور بر روی بدنه های آب شیرین در صورت رقابت با سایر فعالیت های اوقات فراغت، مانند ماهیگیری، ممکن است با مخالفت روبرو شود. نگرانی های دیگری نیز وجود دارد که گیاهان در مقیاس بزرگ ممکن است با مسدود کردن نور خورشید به اکوسیستم های دریایی آسیب برسانند. خطر اختلال یا حتی تخریب به دلیل آب و هوای ناپایدار نیز سرمایه گذاری را دلسرد می کند. به عنوان مثال، یک طوفان به بزرگترین کارخانه FPV ژاپن در سال 2019 آسیب رساند.

جایی که استانداردها می توانند کمک کنند

همانند سایر فناوری های نوظهور، استانداردها می توانند به کاهش هزینه FPV کمک کنند. آنها همچنین می توانند معیارهایی را برای ساخت نیروگاه های فتوولتاییک خورشیدی تعیین کنند و اطمینان حاصل کنند که آنها قادر به مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی شدید هستند و برای محیط زیست مشکلی ایجاد نمی کنند. IEC در حال کار بر روی یک مشخصات فنی جدید (TS) است که قرار است در پایان سال 2024 منتشر شود، که دستورالعمل ها و توصیه هایی را برای طراحی کارخانه های FPV تعیین می کند. برنامه این است که بعداً TS را به یک استاندارد کامل گسترش دهیم. مواردی که به آن پرداخته شده عبارتند از: نحوه اجرای ارتینگ الکتریکی در تاسیسات روی آب و انجام اندازه گیری مقاومت عایق، نحوه اجرای لنگر و لنگر مناسب ماژول ها، انتخاب کابل ها و کانکتورهای مناسب، و همچنین مسیریابی و مدیریت کابل، محل اینورترها و ترانسفورماتورها (مثلاً روی آب یا روی زمین) – دقیقاً به مسائلی مانند تمیز کردن فضولات پرندگان!

استانداردها به دلیل چالش‌های فناوری که باید مورد توجه قرار گیرند، اما همچنین به این دلیل که برآوردهای اولیه از پتانسیل خورشیدی شناور بسیار زیاد است، مورد نیاز است. یک مطالعه نشان داد که پنل های خورشیدی شناور بر روی تنها 1 درصد از مخازن انرژی آبی آفریقا می تواند ظرفیت برق آبی قاره را دو برابر کند و تولید برق از سدها را تا 58 درصد افزایش دهد. این دقیقاً به این دلیل است که پانل های FPV از تبخیر آب جلوگیری می کنند. به گفته nature.com، اگر 10 درصد از مخازن انرژی آبی جهان با FPV پوشانده می شد، می توانست به اندازه مجموع نیروگاه های سوخت فسیلی موجود در جهان برق تولید کند. انتظار می‌رود این بازار در ده سال آینده سالانه 43 درصد رشد کند و تا سال 2031 به 24.5 میلیارد دلار (22.2 میلیارد یورو) برسد. استانداردها به فناوری این امکان را می‌دهند که در کنار سایر انرژی‌های تجدیدپذیر واقعاً شکوفا شود زیرا هدف ما برآورده کردن آن است. اهداف صفر خالص

منبع:etech.iec