Плаваща слънчева енергия: ползи, ключови компоненти и предизвикателства

Електрическите принципи зад плаващата слънчева енергия са подобни на тези на наземните и покривните системи. Уникалната характеристика е подвижната плаваща структура, която може да се монтира в недостатъчно използвани водни тела за мащабно производство на електроенергия. Тази статия ще обсъди предимствата и недостатъците на плаващата слънчева енергия, заедно с друга полезна информация.

Какво е плаваща слънчева енергия?

Плаващите слънчеви панели, известни също като плаващи фотоволтаични (FPV) системи, се отнасят до масиви от слънчеви панели, които се поставят на повърхността на водата. Слънчевите панели са сигурно монтирани върху плаващи платформи, които могат леко да се люлеят, но не влияят на стабилното генериране на електроенергия от системата. Обикновено плаващите слънчеви системи се инсталират на езера, езера и резервоари, тъй като тези места обикновено изпитват по-малко вятър от откритите океани.

Плаващата слънчева енергия е екологичен метод за генериране на електроенергия, който съчетава технологии за морска и възобновяема енергия. Електричеството, генерирано от тези плаващи масиви, се предава чрез подводни кабели до определени кули за електропренос.

Ключови компоненти на плаваща слънчева система

Подобно на тези, използвани в наземни или покривни системи, тези панели улавят слънчевата светлина и я преобразуват в електричество. Могат да се използват по-ефективни панели за максимизиране на добива на енергия в ограничено пространство.

Плаващите платформи обикновено са направени от издръжливи материали с висока плътност като HDPE (полиетилен с висока плътност), за да се гарантира, че слънчевите панели остават на повърхността. Могат да се добавят и алуминиеви рамки, за да се подобри стабилността и да се осигури здрава структура за монтаж на слънчевите панели.

Системата за закотвяне сигурно държи плаващата платформа на място, предотвратявайки я от носене поради вятър или водни течения. Това гарантира стабилността и прецизното позициониране на соларния масив. Анкерните кабели могат да бъдат направени от синтетични влакна, стоманени телове или вериги, в зависимост от дълбочината и естеството на водното тяло.

DC (правият ток) електричество, генерирано от слънчевите панели, трябва да се преобразува в AC (променлив ток) за използване в електрически системи. Инверторът извършва това изключително важно преобразуване, осигурявайки оптимизирана изходна мощност за използване от мрежата или съоръженията на място.

Специални водоустойчиви кабели и издръжливи съединители се използват за управление на електрическите връзки в системата. Тези кабели свързват слънчевите панели заедно и предават генерираното електричество към инвертора и точката на свързване към мрежата на сушата, осигурявайки безопасен и ефективен пренос на енергия.

Предимства на плаващата слънчева енергия

Плаващата слънчева енергия отлично използва пространството, особено в райони, където земята е оскъдна или твърде скъпа. Плаващите системи могат да бъдат инсталирани в недостатъчно използвани водни обекти, като резервоари, язовири и езера, намалявайки необходимостта от пренасочване на земя или изчистване на природни пейзажи за слънчеви електроцентрали. Това е значително предимство, тъй като позволява генериране на електроенергия, без да се заема ценна земя, която може да се използва за други цели.

Симбиотичната връзка между вода и слънчеви панели помага за увеличаване на слънчевата ефективност. Естественият охлаждащ ефект на водата помага за поддържане на слънчевите панели при по-ниска работна температура, намалявайки проблемите с прегряването. Това регулиране на температурата може да повиши ефективността на слънчевите панели с до 15%, което води до по-висока мощност на енергия и по-добра възвръщаемост на инвестициите.

Водните басейни имат присъщи отразяващи свойства, които усилват албедо ефекта и увеличават ефективността на плаващите слънчеви панели. Слънчевата светлина, отразена от повърхността на водата, добавя повече фотони към слънчевите панели, увеличавайки количеството светлина, което може да се преобразува в електричество. Това взаимноизгодно взаимодействие повишава общото производство на енергия, което прави плаващите слънчеви панели привлекателно решение за оптимизиране на производството на слънчева енергия.

Плаващите слънчеви панели помагат за намаляване на изпарението на водата, което запазва водните ресурси. Това е особено ценно в податливи на суша и полусухи региони, където ефектът на засенчване на плаващите панели може значително да намали загубата на вода. Освен това, като блокират слънчевата светлина, плаващите системи помагат за контролиране на растежа на вредните водорасли, подобрявайки качеството на водата.

В сравнение със слънчевите системи, монтирани на земята, плаващите слънчеви системи обикновено са по-рентабилни. Тъй като не е необходимо да купувате земя или да подготвяте големи обекти, тези системи могат да бъдат по-икономични за инсталиране. Освен това, плаващите слънчеви системи в близост до съществуващи водноелектрически централи или съоръжения за пречистване на вода могат да спестят разходи за интеграция и преносна инфраструктура.

Първоначалните проучвания показват, че плаващите слънчеви системи имат по-малко въздействие върху водния живот в сравнение с други водни или подводни структури. Дизайнът и позиционирането на плаващите слънчеви панели осигуряват минимално нарушаване на водните местообитания, като насърчават положителното съвместно съществуване с водните екосистеми.

Можете да започнете с малка плаваща слънчева система и да я разширите, ако е необходимо. Модулният характер на плаващите платформи улеснява настройването и мащабирането на системата, за да пасне на различни размери и конфигурации на обекта.

Недостатъци на плаващата слънчева енергия

В сравнение с традиционните наземни системи, плаващите слънчеви системи, заедно с техните платформи, котви и кабели, са по-сложни и имат по-високи първоначални разходи. Някои анализи на разходите обаче предполагат, че ако се вземат предвид подобренията в ефективността, общите разходи през целия живот на системата могат да бъдат сравними или малко по-високи от тези на наземните системи.

Плаващата слънчева енергия работи в пилотни проекти повече от десетилетие, демонстрирайки надеждна работа. Неговата дълготрайност обаче не е напълно потвърдена. Необходими са повече данни, за да се разбере как тези системи издържат в продължение на няколко десетилетия на излагане, като се вземат предвид фактори като износване, свързано с времето, влошаване на производителността с течение на времето и въздействия от текущата поддръжка.

Тази технология не е универсално приложима. Много плаващи слънчеви проекти са мащабни и предназначени да доставят енергия на търговски или комунални компании. За физически лица или по-малки организации, нуждаещи се от слънчева енергия, системите, монтирани на покрива или на земята, обикновено са по-практичен избор.

Понастоящем повечето плаващи слънчеви централи са разположени в изкуствени водни тела, включително резервоари, басейни за съхранение на отпадъчни води и селскостопански езера за напояване. Тези съоръжения могат да бъдат намерени и в кариери, минни обекти, язовири и крайбрежни райони. Докато естествените водни тела предлагат възможности за слънчево развитие, изкуствените резервоари имат уникални предимства. Тези резервоари обикновено се доставят с вече съществуваща инфраструктура и пътеки, което прави инсталирането и поддръжката на плаващи слънчеви системи по-лесно и по-рентабилно.

Плаващи системи, разположени в морска среда

Плаващите соларни приложения естествено преминават към морска среда. Повечето от най-големите градове в света са разположени по крайбрежието и в момента са изправени пред силен растеж на населението, недостиг на земя и предизвикателства при посрещането на нарастващото търсене на енергия. Това доведе до повишен интерес към морските приложения за плаващи фотоволтаични системи (FPV).

Технологията, подходяща за сладководни среди, не е пряко приложима за морски условия, така че е необходимо да се съсредоточим върху разработването на решения, пригодени за тези среди. Една от ключовите технологии, необходими за разполагане на плаващи системи в морски условия, е използването на композитни материали, за да издържат на вятър, вълни, приливни сили и вълни, предизвикани от кораба. Понастоящем плаващите слънчеви системи обикновено използват понтони от полиетилен с висока плътност (HDPE), които са подходящи за сладководни резервоари и предотвратяват замърсяването на питейната вода. Въпреки това, за морската вода, материалите трябва също да вземат предвид въздействието на солената вода върху дългосрочната издръжливост.

Ключови технологии за офшорни плаващи системи

В зависимост от региона височините на вълните могат да варират и разрушаването на вълните може да доведе до прекомерно натоварване на конструкцията, което увеличава разходите за материали, метални рамки и кабели за закрепване, заедно с по-високи оперативни разходи. Както е показано на диаграмата, въз основа на хидродинамични симулации, вълни с височина 0,3 метра, заедно с приливни течения и скорости на вятъра, могат да упражнят ударна сила от приблизително 14 kN2/Hz върху плаващи системи.

JM Solar стартира проект за офшорна плаваща система

Плаващата слънчева енергия се насочва към внедряване на плаващи фотоволтаични системи (FPV) в морска среда. В момента JM Solar, в сътрудничество с China Shipbuilding Group's 725 Institute, напредва в "Демонстрационен проект за офшорни плаващи фотоволтаични приложения", който е влязъл в морски пилотни тестове. Опитът от вътрешните плаващи слънчеви проекти осигурява път за мащабиране и преход към крайбрежни и офшорни условия. Следователно, изследването на техническата осъществимост и предизвикателствата при проектирането на плаващи системи за морска среда е от практическо значение, като FPV приложенията първоначално се тестват в среди близо до брега.