Kelluva aurinkovoima: edut, keskeiset osat ja haasteet

Kelluvan aurinkosähkön sähköperiaatteet ovat samanlaiset kuin maahan asennetuissa ja katolla olevissa järjestelmissä. Ainutlaatuinen ominaisuus on irrotettava kelluva rakenne, joka voidaan asentaa vajaakäyttöisiin vesistöihin laajamittaista sähköntuotantoa varten. Tässä artikkelissa käsitellään kelluvan aurinkoenergian etuja ja haittoja sekä muuta hyödyllistä tietoa.

Mikä on kelluva aurinkoenergia?

Kelluva aurinkoenergia, joka tunnetaan myös nimellä kelluva aurinkosähköjärjestelmä (FPV), viittaa aurinkopaneelijärjestelmiin, jotka sijoitetaan veden pinnalle. Aurinkopaneelit on asennettu tukevasti kelluville alustoille, jotka voivat hieman heilua, mutta eivät vaikuta järjestelmän vakaaseen sähköntuotantoon. Tyypillisesti kelluvat aurinkojärjestelmät asennetaan lampiin, järviin ja altaisiin, koska näissä paikoissa tuulee yleensä vähemmän kuin avomerissä.

Kelluva aurinkoenergia on ympäristöystävällinen sähköntuotantomenetelmä, jossa yhdistyvät meri- ja uusiutuvan energian teknologiat. Näiden kelluvien ryhmien tuottama sähkö välitetään vedenalaisten kaapeleiden kautta määrättyihin voimansiirtotorneihin.

Kelluvan aurinkokunnan keskeiset osat

Nämä paneelit ovat samankaltaisia ​​kuin maa- tai kattojärjestelmissä käytetyt paneelit, jotka vangitsevat auringonvaloa ja muuttavat sen sähköksi. Tehokkaampia paneeleja voidaan käyttää energiantuotannon maksimoimiseksi rajoitetussa tilassa.

Kelluvat alustat on yleensä valmistettu kestävistä ja tiheistä materiaaleista, kuten HDPE:stä (high density polyethylene), jotta aurinkopaneelit pysyisivät pystyssä. Alumiinikehyksiä voidaan myös lisätä vakauden parantamiseksi ja tukevan asennusrakenteen aikaansaamiseksi aurinkopaneeleille.

Ankkurointijärjestelmä pitää kelluvan alustan tukevasti paikallaan estäen sitä ajautumasta tuulen tai vesivirtojen vaikutuksesta. Tämä varmistaa aurinkopaneelin vakauden ja tarkan sijainnin. Ankkurointikaapelit voidaan valmistaa synteettisistä kuiduista, teräslangoista tai ketjuista riippuen vesistön syvyydestä ja luonteesta.

Aurinkopaneelien tuottama DC (tasavirta) sähkö on muutettava vaihtovirraksi (AC) käytettäväksi sähköjärjestelmissä. Invertteri suorittaa tämän ratkaisevan muunnoksen ja varmistaa optimoidun tehon käytettäväksi verkossa tai paikan päällä.

Järjestelmän sähköliitäntöjen hallintaan käytetään erityisiä vedenpitäviä kaapeleita ja kestäviä liittimiä. Nämä kaapelit yhdistävät aurinkopaneelit toisiinsa ja välittävät tuotetun sähkön maalla olevaan invertteriin ja verkkoliitäntäpisteeseen, mikä varmistaa turvallisen ja tehokkaan energiansiirron.

Kelluvan aurinkoenergian edut

Kelluva aurinkoenergia hyödyntää erinomaisesti tilaa erityisesti alueilla, joilla maata on vähän tai se on liian kallista. Kelluvia järjestelmiä voidaan asentaa vajaakäytössä oleviin vesistöihin, kuten altaisiin, patoon ja järviin, mikä vähentää tarvetta käyttää maa-alueita tai puhdistaa luonnonmaisemia aurinkovoimaloita varten. Tämä on merkittävä etu, koska se mahdollistaa sähköntuotannon ilman arvokasta maata, jota voidaan käyttää muihin tarkoituksiin.

Veden ja aurinkopaneelien välinen symbioottinen suhde auttaa lisäämään aurinkoenergian tehokkuutta. Veden luonnollinen jäähdytysvaikutus auttaa pitämään aurinkopaneelit alhaisemmassa käyttölämpötilassa, mikä vähentää ylikuumenemisongelmia. Tämä lämpötilan säätö voi lisätä aurinkopaneelien hyötysuhdetta jopa 15 %, mikä johtaa korkeampaan energiantuotantoon ja parempaan sijoitetun pääoman tuottoprosenttiin.

Vesistöillä on luontaisia ​​heijastavia ominaisuuksia, jotka lisäävät albedo-ilmiötä ja lisäävät kelluvien aurinkopaneelien tehokkuutta. Veden pinnasta heijastuva auringonvalo lisää aurinkopaneeleihin fotoneja, mikä lisää sähköksi muunnettavissa olevan valon määrää. Tämä molempia osapuolia hyödyttävä vuorovaikutus lisää kokonaisenergian tuotantoa, mikä tekee kelluvasta aurinkoenergiasta houkuttelevan ratkaisun aurinkoenergian tuotannon optimointiin.

Kelluvat aurinkopaneelit auttavat vähentämään veden haihtumista, mikä säästää vesivaroja. Tämä on erityisen arvokasta kuivuudelle alttiilla ja puolikuivilla alueilla, joilla kelluvien paneelien varjostusvaikutus voi merkittävästi vähentää vesihukkaa. Lisäksi kelluvat järjestelmät estävät auringonvalon estämällä haitallisten levien kasvua ja parantavat veden laatua.

Maahan asennettuihin aurinkosähköjärjestelmiin verrattuna kelluvat aurinkosähköjärjestelmät ovat yleensä kustannustehokkaampia. Koska ei tarvitse ostaa maata tai valmistella suuria tontteja, nämä järjestelmät voivat olla edullisempia asentaa. Lisäksi kelluvat aurinkojärjestelmät lähellä olemassa olevia vesivoimaloita tai vedenkäsittelylaitoksia voivat säästää integraatio- ja siirtoinfrastruktuurikustannuksia.

Alustavat tutkimukset viittaavat siihen, että kelluvilla aurinkojärjestelmillä on vähemmän vaikutusta vesieliöihin verrattuna muihin vesipohjaisiin tai vedenalaisiin rakenteisiin. Kelluvien aurinkopaneelien suunnittelu ja sijainti takaavat minimaalisen häiriön vesiympäristöille ja edistävät myönteistä rinnakkaiseloa vesiekosysteemien kanssa.

Voit aloittaa pienestä kelluvasta aurinkojärjestelmästä ja laajentaa sitä tarpeen mukaan. Kelluvien alustojen modulaarisuuden ansiosta järjestelmä on helppo säätää ja skaalata sopimaan eri kokoisiin ja konfiguraatioihin.

Kelluvan aurinkoenergian haitat

Perinteisiin maahan asennettuihin järjestelmiin verrattuna kelluvat aurinkoenergiajärjestelmät sekä niiden alustat, ankkurit ja kaapelit ovat monimutkaisempia ja niillä on korkeammat alkukustannukset. Jotkut kustannusanalyysit kuitenkin viittaavat siihen, että jos tehokkuuden parannukset huomioidaan, kokonaiskustannukset järjestelmän eliniän aikana voivat olla verrattavissa tai hieman korkeammat kuin maanpäälliset järjestelmät.

Kelluva aurinkoenergia on ollut käytössä pilottiprojekteissa yli vuosikymmenen ajan, mikä on osoittanut luotettavaa suorituskykyä. Sen pitkäaikaista kestävyyttä ei kuitenkaan ole täysin vahvistettu. Lisää tietoa tarvitaan, jotta ymmärrettäisiin, kuinka nämä järjestelmät kestävät useiden vuosikymmenten altistumisen, kun otetaan huomioon sellaiset tekijät kuin sään aiheuttama kuluminen, suorituskyvyn heikkeneminen ajan myötä ja jatkuvat kunnossapitovaikutukset.

Tämä tekniikka ei ole yleiskäyttöinen. Monet kelluvat aurinkoprojektit ovat suuria ja suunniteltu toimittamaan sähköä kaupallisille tai yleishyödyllisille yrityksille. Yksityishenkilöille tai pienemmille yhteisöille, jotka tarvitsevat aurinkoenergiaa, katolle tai maahan asennettavat järjestelmät ovat yleensä käytännöllisempi valinta.

Tällä hetkellä useimmat kelluvat aurinkovoimalat sijaitsevat keinotekoisissa vesistöissä, mukaan lukien säiliöt, jäteveden varastoaltaat ja maatalouden kastelulammet. Näitä tiloja löytyy myös louhoksista, kaivoskohteista, patoja ja rannikkoalueilta. Luonnolliset vesistöt tarjoavat mahdollisuuksia auringon kehitykselle, mutta keinotekoisilla vesialtailla on ainutlaatuisia etuja. Näissä altaissa on tyypillisesti jo olemassa oleva infrastruktuuri ja reitit, mikä tekee kelluvien aurinkojärjestelmien asennuksesta ja ylläpidosta helpompaa ja kustannustehokkaampaa.

Meriympäristöissä käyttöönotetut kelluvat järjestelmät

Kelluvat aurinkosovellukset ovat luonnollisesti siirtymässä kohti meriympäristöjä. Suurin osa maailman suurimmista kaupungeista sijaitsee rannikolla ja kohtaa tällä hetkellä voimakasta väestönkasvua, maapulaa ja haasteita vastata kasvavaan energiantarpeeseen. Tämä on johtanut lisääntyneeseen kiinnostukseen kelluvien aurinkosähköjärjestelmien (FPV) merisovelluksiin.

Makean veden ympäristöön soveltuva teknologia ei sovellu suoraan meriympäristöön, joten on tarpeen keskittyä näihin ympäristöihin räätälöityjen ratkaisujen kehittämiseen. Yksi keskeisistä teknologioista, joita tarvitaan kelluvien järjestelmien käyttöönottamiseksi meriolosuhteissa, on komposiittimateriaalien käyttö kestämään tuulta, aaltoja, vuorovesivoimia ja alusten aiheuttamia aaltoja. Tällä hetkellä kelluvissa aurinkojärjestelmissä käytetään yleensä HDPE-ponttoneja, jotka sopivat makean veden säiliöihin ja estävät juomaveden saastumisen. Meriveden osalta materiaaleissa on kuitenkin otettava huomioon myös suolaveden vaikutus pitkäaikaiseen kestävyyteen.

Offshore- kelluvien järjestelmien tärkeimmät tekniikat

Alueesta riippuen aallonkorkeudet voivat vaihdella, ja aallonmurto voi aiheuttaa rakenteen ylikuormituksen, mikä lisää materiaali-, metallirunko- ja ankkurointikaapeleiden kustannuksia sekä korkeampia käyttökustannuksia. Kuten kaaviosta näkyy, hydrodynaamisten simulaatioiden perusteella 0,3 metrin korkeudet aallot voivat yhdessä vuorovesivirtojen ja tuulennopeuksien kanssa kohdistaa kelluviin järjestelmiin noin 14 kN2/Hz:n iskuvoiman.

JM Solar käynnistää offshore- kelluva järjestelmäprojektin

Kelluva aurinkoenergia on siirtymässä kohti kelluvien aurinkosähköjärjestelmien (FPV) käyttöönottoa meriympäristöissä. Tällä hetkellä JM Solar yhteistyössä China Shipbuilding Groupin 725 Instituten kanssa edistää "Offshore Floating Photovoltaic Application Demonstration Project -projektia", joka on aloittanut merilentäjän testauksen. Sisämaan kelluvista aurinkoprojekteista saadut kokemukset tarjoavat väylän skaalatamiseen ja siirtymiseen lähellä rannikkoa ja offshore-olosuhteita. Siksi meriympäristöön kelluvien järjestelmien suunnittelun teknisen toteutettavuuden ja haasteiden tutkiminen on käytännön merkitystä, sillä FPV-sovelluksia testataan aluksi lähellä rannikkoa.