Plutajuća solarna energija: prednosti, ključne komponente i izazovi

Električni principi koji stoje iza plutajuće solarne energije slični su principima prizemnih i krovnih sustava. Jedinstvena značajka je uklonjiva plutajuća struktura, koja se može postaviti u nedovoljno iskorištene vodene površine za proizvodnju električne energije velikih razmjera. U ovom članku raspravljat ćemo o prednostima i nedostacima plutajuće solarne energije, zajedno s drugim korisnim informacijama.

Što je plutajući solar?

Plutajući solarni sustavi, također poznati kao plutajući fotonaponski (FPV) sustavi, odnose se na nizove solarnih panela koji se postavljaju na površinu vode. Solarni paneli su sigurno postavljeni na plutajuće platforme, koje se mogu lagano njihati, ali ne utječu na stabilnu proizvodnju električne energije sustava. Obično se plutajući solarni sustavi instaliraju na jezerima, jezerima i akumulacijama, budući da na tim mjestima općenito puše manje vjetra nego na otvorenim oceanima.

Plutajuća solarna energija ekološki je prihvatljiva metoda proizvodnje električne energije koja kombinira morsku tehnologiju i tehnologiju obnovljive energije. Električna energija koju generiraju ti plutajući nizovi prenosi se putem podvodnih kabela do određenih tornjeva za prijenos električne energije.

Ključne komponente plutajućeg solarnog sustava

Slično onima koji se koriste u prizemnim ili krovnim sustavima, ovi paneli hvataju sunčevu svjetlost i pretvaraju je u električnu energiju. Učinkovitije ploče mogu se koristiti za maksimiziranje proizvodnje energije u ograničenom prostoru.

Plutajuće platforme obično su izrađene od izdržljivih materijala visoke gustoće kao što je HDPE (polietilen visoke gustoće) kako bi se osiguralo da solarni paneli ostanu na površini. Također se mogu dodati aluminijski okviri kako bi se povećala stabilnost i osigurala čvrsta instalacijska struktura za solarne ploče.

Sustav sidrenja sigurno drži plutajuću platformu na mjestu, sprječavajući njeno zanošenje zbog vjetra ili vodenih struja. To osigurava stabilnost i precizno pozicioniranje solarnog polja. Kabeli za sidrenje mogu biti izrađeni od sintetičkih vlakana, čeličnih žica ili lanaca, ovisno o dubini i prirodi vodenog tijela.

DC (istosmjerna struja) električna energija koju generiraju solarni paneli treba se pretvoriti u AC (izmjeničnu struju) za korištenje u električnim sustavima. Inverter izvodi ovu ključnu pretvorbu, osiguravajući optimiziranu izlaznu snagu za korištenje u mreži ili objektima na licu mjesta.

Za upravljanje električnim vezama unutar sustava koriste se posebni vodootporni kabeli i izdržljivi konektori. Ovi kabeli međusobno povezuju solarne panele i prenose proizvedenu električnu energiju do pretvarača i priključne točke na mrežu na kopnu, osiguravajući siguran i učinkovit prijenos energije.

Prednosti plutajuće solarne energije

Plutajući solarni sustav izvrsno iskorištava prostor, posebno u područjima gdje je zemljište malo ili preskupo. Plutajući sustavi mogu se instalirati u nedovoljno iskorištenim vodnim tijelima kao što su rezervoari, brane i jezera, čime se smanjuje potreba za prenamjenom zemljišta ili čišćenjem prirodnih krajolika za solarne elektrane. To je značajna prednost jer omogućuje proizvodnju električne energije bez zauzimanja vrijednog zemljišta koje se može koristiti u druge svrhe.

Simbiotski odnos između vode i solarnih panela pomaže povećati solarnu učinkovitost. Prirodni učinak hlađenja vode pomaže održati solarne ploče na nižoj radnoj temperaturi, smanjujući probleme s pregrijavanjem. Ova regulacija temperature može povećati učinkovitost solarnih panela do 15%, što dovodi do veće proizvodnje energije i boljeg povrata ulaganja.

Vodena tijela imaju inherentna reflektirajuća svojstva, koja pojačavaju albedo efekt i povećavaju učinkovitost plutajućih solarnih ploča. Sunčeva svjetlost odbijena od površine vode dodaje više fotona solarnim pločama, povećavajući količinu svjetlosti koja se može pretvoriti u električnu energiju. Ova uzajamno korisna interakcija povećava ukupnu proizvodnju energije, čineći plutajuće solarne elektrane atraktivnim rješenjem za optimizaciju proizvodnje solarne energije.

Plutajući solarni paneli pomažu smanjiti isparavanje vode, čime se čuvaju vodni resursi. Ovo je posebno vrijedno u sušnim i polusušnim regijama, gdje učinak zasjenjenja plutajućih ploča može značajno smanjiti gubitak vode. Osim toga, blokirajući sunčevu svjetlost, plutajući sustavi pomažu u kontroli rasta štetnih algi, poboljšavajući kvalitetu vode.

U usporedbi sa solarnim sustavima montiranim na zemlji, plutajući solarni sustavi imaju tendenciju da budu isplativiji. Budući da nema potrebe kupovati zemljište ili pripremati velika mjesta, ovi sustavi mogu biti ekonomičniji za instaliranje. Nadalje, plutajući solarni sustavi u blizini postojećih hidroelektrana ili postrojenja za pročišćavanje vode mogu uštedjeti na troškovima integracije i prijenosne infrastrukture.

Početne studije pokazuju da plutajući solarni sustavi imaju manji utjecaj na vodeni život u usporedbi s drugim vodenim ili podvodnim strukturama. Dizajn i pozicioniranje plutajućih solarnih panela osiguravaju minimalno ometanje vodenih staništa, promičući pozitivan suživot s vodenim ekosustavima.

Možete početi s malim plutajućim solarnim sustavom i proširivati ​​ga po potrebi. Modularna priroda plutajućih platformi olakšava prilagodbu i skaliranje sustava kako bi odgovarao različitim veličinama i konfiguracijama mjesta.

Nedostaci plutajuće solarne energije

U usporedbi s tradicionalnim prizemnim sustavima, plutajući solarni sustavi, zajedno sa svojim platformama, sidrima i kabelima, složeniji su i imaju veće početne troškove. Međutim, neke analize troškova sugeriraju da bi, ako se poboljšanja učinkovitosti uračunaju u faktore, ukupni troškovi tijekom životnog vijeka sustava mogli biti usporedivi sa sustavima na zemlji ili malo viši od njih.

Plutajući solarni sustav radi u pilot projektima više od desetljeća, pokazujući pouzdane performanse. Međutim, njegova dugotrajna trajnost nije u potpunosti potvrđena. Potrebno je više podataka da bi se razumjelo kako se ti sustavi održavaju tijekom nekoliko desetljeća izloženosti, uzimajući u obzir čimbenike kao što su trošenje uzrokovano vremenskim prilikama, degradacija performansi tijekom vremena i utjecaji tekućeg održavanja.

Ova tehnologija nije univerzalno primjenjiva. Mnogi plutajući solarni projekti su velikih razmjera i dizajnirani za opskrbu strujom komercijalnih ili komunalnih tvrtki. Za pojedince ili manje subjekte kojima je potrebna solarna energija, krovni ili zemaljski sustavi obično su praktičniji izbor.

Trenutačno se većina plutajućih solarnih elektrana nalazi u umjetnim vodenim tijelima, uključujući rezervoare, bazene za skladištenje otpadnih voda i poljoprivredna jezera za navodnjavanje. Ti se objekti također mogu pronaći u kamenolomima, rudarskim mjestima, branama i obalnim regijama. Dok prirodne vodene površine nude mogućnosti za razvoj sunca, umjetni rezervoari imaju jedinstvene prednosti. Ovi rezervoari obično dolaze s već postojećom infrastrukturom i stazama, što instalaciju i održavanje plutajućih solarnih sustava čini lakšom i isplativijom.

Plutajući sustavi raspoređeni u morskom okruženju

Plutajuće solarne aplikacije prirodno prelaze prema morskim okruženjima. Većina najvećih svjetskih gradova smještena je uz obale i trenutno se suočavaju sa snažnim rastom stanovništva, nedostatkom zemljišta i izazovima u ispunjavanju rastućih energetskih potreba. To je dovelo do povećanog interesa za pomorske primjene plutajućih fotonaponskih sustava (FPV).

Tehnologija prikladna za slatkovodna okruženja nije izravno primjenjiva na morska okruženja, stoga je potrebno usredotočiti se na razvoj rješenja prilagođenih tim okruženjima. Jedna od ključnih tehnologija potrebnih za postavljanje plutajućih sustava u pomorskim uvjetima je upotreba kompozitnih materijala za otpornost na vjetar, valove, plimne sile i valove izazvane brodom. Trenutno plutajući solarni sustavi općenito koriste pontone od polietilena visoke gustoće (HDPE), koji su prikladni za rezervoare slatke vode i sprječavaju onečišćenje pitke vode. Međutim, za morsku vodu, materijali također moraju uzeti u obzir utjecaj slane vode na dugoročnu trajnost.

Ključne tehnologije za plutajuće sustave na moru

Ovisno o regiji, visine valova mogu varirati, a lomljenje valova može uzrokovati prekomjerno opterećenje strukture, povećavajući troškove materijala, metalnih okvira i kabela za sidrenje, zajedno s većim operativnim troškovima. Kao što je prikazano na dijagramu, na temelju hidrodinamičkih simulacija, valovi visine 0,3 metra, zajedno s plimnim strujama i brzinama vjetra, mogu izvršiti udarnu silu od približno 14 kN2/Hz na plutajuće sustave.

JM Solar pokreće projekt plutajućeg sustava na moru

Plutajući solarni sustav kreće se prema postavljanju plutajućih fotonaponskih sustava (FPV) u morskim okruženjima. Trenutno, JM Solar, u suradnji s 725 Institutom China Shipbuilding Group, unapređuje "Offshore Floating Photovoltaic Demonstration Project" koji je ušao u pomorsko pilot testiranje. Iskustvo iz kopnenih plutajućih solarnih projekata pruža put za povećanje i prelazak na uvjete u blizini obale i na moru. Stoga je istraživanje tehničke izvedivosti i izazova projektiranja plutajućih sustava za pomorska okruženja od praktičnog značaja, s FPV aplikacijama koje su u početku testirane u okruženjima blizu obale.