نیروی خورشیدی شناور: مزایا، اجزای کلیدی و چالش ها

اصول الکتریکی پشت نیروی خورشیدی شناور شبیه به سیستم های روی زمین و پشت بام است. ویژگی منحصر به فرد آن ساختار شناور قابل جابجایی است که می تواند در آب های کم استفاده برای تولید برق در مقیاس بزرگ نصب شود. در این مقاله مزایا و معایب خورشیدی شناور به همراه سایر اطلاعات مفید مورد بحث قرار خواهد گرفت.

خورشیدی شناور چیست؟

خورشیدی شناور، همچنین به عنوان سیستم های فتوولتائیک شناور (FPV) شناخته می شود، به آرایه های پنل خورشیدی اطلاق می شود که بر روی سطح آب قرار می گیرند. پنل های خورشیدی به طور ایمن بر روی سکوهای شناور نصب می شوند که ممکن است کمی تاب بخورند اما بر تولید برق پایدار سیستم تأثیری ندارند. به طور معمول، سیستم‌های خورشیدی شناور بر روی حوض‌ها، دریاچه‌ها و مخازن نصب می‌شوند، زیرا این مکان‌ها معمولاً باد کمتری نسبت به اقیانوس‌های باز تجربه می‌کنند.

خورشیدی شناور یک روش تولید انرژی سازگار با محیط زیست است که فناوری های انرژی دریایی و انرژی های تجدیدپذیر را ترکیب می کند. الکتریسیته تولید شده توسط این آرایه های شناور از طریق کابل های زیر آب به برج های انتقال برق تعیین شده منتقل می شود.

اجزای اصلی یک منظومه شمسی شناور

این پنل‌ها مشابه آنهایی که در سیستم‌های روی زمین یا پشت بام استفاده می‌شوند، نور خورشید را جذب کرده و آن را به برق تبدیل می‌کنند. پانل های کارآمدتر را می توان برای به حداکثر رساندن بازده انرژی در فضای محدود استفاده کرد.

سکوهای شناور معمولاً از مواد بادوام و با چگالی بالا مانند HDPE (پلی اتیلن با چگالی بالا) ساخته می شوند تا از شناور ماندن پنل های خورشیدی اطمینان حاصل شود. فریم های آلومینیومی نیز ممکن است برای افزایش پایداری و ایجاد ساختار نصب محکم برای پانل های خورشیدی اضافه شوند.

سیستم لنگر به طور ایمن سکوی شناور را در جای خود نگه می دارد و از جابجایی آن در اثر باد یا جریان آب جلوگیری می کند. این امر ثبات و موقعیت دقیق آرایه خورشیدی را تضمین می کند. بسته به عمق و ماهیت بدنه آب، کابل های لنگر می توانند از الیاف مصنوعی، سیم های فولادی یا زنجیر ساخته شوند.

الکتریسیته DC (جریان مستقیم) تولید شده توسط پنل های خورشیدی برای استفاده در سیستم های الکتریکی باید به AC (جریان متناوب) تبدیل شود. اینورتر این تبدیل حیاتی را انجام می دهد و از توان خروجی بهینه برای استفاده توسط شبکه یا امکانات در محل اطمینان حاصل می کند.

برای مدیریت اتصالات الکتریکی درون سیستم از کابل های ضد آب ویژه و کانکتورهای بادوام استفاده می شود. این کابل ها پنل های خورشیدی را به یکدیگر متصل می کنند و برق تولید شده را به اینورتر و نقطه اتصال به شبکه در زمین منتقل می کنند و از انتقال انرژی ایمن و کارآمد اطمینان می دهند.

مزایای استفاده از خورشیدی شناور

خورشیدی شناور استفاده بسیار خوبی از فضا می کند، به خصوص در مناطقی که زمین کمیاب یا بسیار گران است. سیستم‌های شناور را می‌توان در آب‌های کم‌استفاده مانند مخازن، سدها و دریاچه‌ها نصب کرد که نیاز به تغییر کاربری زمین یا پاکسازی مناظر طبیعی برای نیروگاه‌های خورشیدی را کاهش می‌دهد. این یک مزیت قابل توجه است زیرا امکان تولید برق را بدون اشغال زمین ارزشمند فراهم می کند، که می تواند برای اهداف دیگر استفاده شود.

رابطه همزیستی بین آب و پنل های خورشیدی به افزایش بازده خورشیدی کمک می کند. اثر خنک کنندگی طبیعی آب به حفظ دمای کارکرد پنل های خورشیدی کمک می کند و مشکلات گرمای بیش از حد را کاهش می دهد. این تنظیم دما می تواند کارایی پنل های خورشیدی را تا 15 درصد افزایش دهد که منجر به تولید انرژی بیشتر و بازگشت سرمایه بهتر می شود.

اجسام آب دارای خواص انعکاسی ذاتی هستند که باعث افزایش اثر albedo و افزایش کارایی پنل های خورشیدی شناور می شود. نور خورشید که از سطح آب منعکس می‌شود، فوتون‌های بیشتری را به پنل‌های خورشیدی اضافه می‌کند و میزان نوری که می‌تواند به الکتریسیته تبدیل شود را افزایش می‌دهد. این تعامل سودمند متقابل، کل انرژی خروجی را افزایش می دهد و خورشیدی شناور را به یک راه حل جذاب برای بهینه سازی تولید انرژی خورشیدی تبدیل می کند.

پنل‌های خورشیدی شناور به کاهش تبخیر آب کمک می‌کنند که باعث حفظ منابع آب می‌شود. این امر به ویژه در مناطق مستعد خشکسالی و نیمه خشک بسیار ارزشمند است، جایی که اثر سایه پانل های شناور می تواند به طور قابل توجهی از دست دادن آب را کاهش دهد. علاوه بر این، با مسدود کردن نور خورشید، سیستم های شناور به کنترل رشد جلبک های مضر کمک می کنند و کیفیت آب را بهبود می بخشند.

در مقایسه با سیستم های خورشیدی روی زمین، سیستم های خورشیدی شناور مقرون به صرفه تر هستند. از آنجایی که نیازی به خرید زمین یا آماده سازی سایت های بزرگ نیست، نصب این سیستم ها مقرون به صرفه تر است. علاوه بر این، سیستم‌های خورشیدی شناور در نزدیکی نیروگاه‌های برق آبی یا تأسیسات تصفیه آب موجود می‌توانند در هزینه‌های یکپارچه‌سازی و زیرساخت انتقال صرفه‌جویی کنند.

مطالعات اولیه نشان می دهد که سیستم های خورشیدی شناور در مقایسه با سایر سازه های مبتنی بر آب یا زیر آب تأثیر کمتری بر زندگی آبزیان دارند. طراحی و موقعیت پانل‌های خورشیدی شناور حداقل اختلال در زیستگاه‌های آبی را تضمین می‌کند و همزیستی مثبت با اکوسیستم‌های آبی را ترویج می‌کند.

می توانید با یک منظومه شمسی شناور کوچک شروع کنید و در صورت نیاز آن را گسترش دهید. ماهیت ماژولار سکوهای شناور تنظیم و مقیاس بندی سیستم را برای تناسب با اندازه ها و پیکربندی های مختلف سایت آسان می کند.

معایب خورشیدی شناور

در مقایسه با سیستم‌های سنتی روی زمین، سیستم‌های خورشیدی شناور به همراه سکوها، لنگرها و کابل‌هایشان پیچیده‌تر هستند و هزینه‌های اولیه بالاتری دارند. با این حال، برخی از تحلیل‌های هزینه نشان می‌دهند که اگر بهبودهای بهره‌وری در نظر گرفته شود، کل هزینه‌ها در طول عمر سیستم می‌تواند با سیستم‌های زمینی قابل مقایسه یا کمی بیشتر باشد.

خورشیدی شناور بیش از یک دهه است که در پروژه های آزمایشی عملیاتی شده است و عملکرد قابل اعتمادی را نشان می دهد. با این حال، دوام طولانی مدت آن به طور کامل تایید نشده است. برای درک اینکه چگونه این سیستم ها در طی چندین دهه قرار گرفتن در معرض قرار می گیرند، به داده های بیشتری نیاز است، با در نظر گرفتن عواملی مانند سایش مرتبط با آب و هوا، کاهش عملکرد در طول زمان، و اثرات تعمیر و نگهداری مداوم.

این فناوری به صورت جهانی قابل اجرا نیست. بسیاری از پروژه های خورشیدی شناور در مقیاس بزرگ هستند و برای تامین برق شرکت های تجاری یا تاسیساتی طراحی شده اند. برای افراد یا شرکت‌های کوچک‌تر که به انرژی خورشیدی نیاز دارند، سیستم‌های روی پشت بام یا روی زمین معمولاً یک انتخاب عملی‌تر هستند.

در حال حاضر، اکثر نیروگاه های خورشیدی شناور در آب های مصنوعی از جمله مخازن، استخرهای ذخیره فاضلاب و استخرهای آبیاری کشاورزی قرار دارند. این امکانات را می توان در معادن، سایت های معدن، سدها و مناطق ساحلی نیز یافت. در حالی که توده های طبیعی آب فرصت هایی را برای توسعه خورشیدی ارائه می دهند، مخازن مصنوعی مزایای منحصر به فردی دارند. این مخازن معمولاً با زیرساخت ها و مسیرهای از پیش موجود همراه هستند که نصب و نگهداری سیستم های خورشیدی شناور را آسان تر و مقرون به صرفه تر می کند.

سیستم های شناور مستقر در محیط های دریایی

کاربردهای خورشیدی شناور به طور طبیعی در حال انتقال به سمت محیط های دریایی هستند. بیشتر شهرهای بزرگ جهان در امتداد خطوط ساحلی واقع شده اند و در حال حاضر با رشد شدید جمعیت، کمبود زمین و چالش هایی در تامین نیازهای روزافزون انرژی مواجه هستند. این منجر به افزایش علاقه به کاربردهای دریایی برای سیستم های فتوولتائیک شناور (FPV) شده است.

فناوری مناسب برای محیط‌های آب شیرین مستقیماً برای محیط‌های دریایی قابل اجرا نیست، بنابراین باید بر روی توسعه راه‌حل‌های متناسب با این محیط‌ها تمرکز کرد. یکی از فناوری‌های کلیدی مورد نیاز برای استقرار سیستم‌های شناور در شرایط دریایی، استفاده از مواد کامپوزیتی برای مقاومت در برابر باد، امواج، نیروهای جزر و مدی و امواج ناشی از کشتی است. در حال حاضر، سیستم های خورشیدی شناور عموماً از پانتون های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) استفاده می کنند که برای مخازن آب شیرین مناسب هستند و از آلودگی آب آشامیدنی جلوگیری می کنند. با این حال، برای آب دریا، مواد باید تاثیر آب شور بر دوام طولانی مدت را نیز در نظر بگیرند.

فن آوری های کلیدی برای سیستم های شناور فراساحلی

بسته به منطقه، ارتفاع موج ممکن است متفاوت باشد و شکستن موج می‌تواند باعث تحمل بارهای بیش از حد سازه شود و هزینه‌های مصالح، قاب‌های فلزی و کابل‌های لنگر را افزایش دهد و هزینه‌های عملیاتی بالاتری نیز داشته باشد. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، بر اساس شبیه سازی های هیدرودینامیکی، امواج با ارتفاع 0.3 متر، همراه با جریان های جزر و مدی و سرعت باد، می توانند نیروی ضربه ای تقریبا 14 kN2/Hz بر روی سیستم های شناور وارد کنند.

JM Solar پروژه سیستم شناور فراساحلی را راه اندازی کرد

خورشیدی شناور به سمت استقرار سیستم های فتوولتائیک شناور (FPV) در محیط های دریایی حرکت می کند. در حال حاضر، JM Solar، با همکاری موسسه 725 گروه کشتی‌سازی چین، در حال پیشبرد "پروژه نمایش برنامه فتوولتائیک شناور فراساحلی" است که وارد آزمایش آزمایشی دریایی شده است. تجربه پروژه های خورشیدی شناور داخلی مسیری را برای افزایش مقیاس و انتقال به شرایط نزدیک به ساحل و فراساحل فراهم می کند. بنابراین، تحقیق در مورد امکان‌سنجی فنی و چالش‌های طراحی سیستم‌های شناور برای محیط‌های دریایی از اهمیت عملی برخوردار است، زیرا برنامه‌های FPV در ابتدا در محیط‌های نزدیک ساحل آزمایش می‌شوند.