Energia solare galleggiante: vantaggi, componenti chiave e sfide

I principi elettrici alla base dell'energia solare galleggiante sono simili a quelli dei sistemi a terra e sui tetti. La caratteristica unica è la struttura galleggiante rimovibile, che può essere installata in specchi d'acqua sottoutilizzati per la produzione di energia elettrica su larga scala. Questo articolo discuterà i vantaggi e gli svantaggi dell'energia solare galleggiante, insieme ad altre informazioni utili.

Che cosa sono i pannelli solari galleggianti?

I sistemi solari galleggianti, noti anche come sistemi fotovoltaici galleggianti (FPV), si riferiscono a pannelli solari installati sulla superficie dell'acqua. I pannelli solari sono montati saldamente su piattaforme galleggianti, che possono oscillare leggermente ma non influiscono sulla stabilità della produzione di energia del sistema. In genere, i sistemi solari galleggianti vengono installati su stagni, laghi e bacini artificiali, poiché questi luoghi sono generalmente meno ventosi rispetto agli oceani aperti.

L'energia solare galleggiante è un metodo di generazione di energia ecocompatibile che combina tecnologie marine e rinnovabili. L'elettricità generata da questi pannelli galleggianti viene trasmessa tramite cavi sottomarini a torri di trasmissione dedicate.

Componenti chiave di un sistema solare galleggiante

Simili a quelli utilizzati nei sistemi a terra o sui tetti, questi pannelli catturano la luce solare e la convertono in elettricità. Pannelli più efficienti possono essere utilizzati per massimizzare la produzione di energia in spazi limitati.

Le piattaforme galleggianti sono solitamente realizzate in materiali resistenti e ad alta densità, come l'HDPE (polietilene ad alta densità), per garantire la tenuta a galla dei pannelli solari. È possibile aggiungere anche telai in alluminio per migliorare la stabilità e fornire una solida struttura di installazione per i pannelli solari.

Il sistema di ancoraggio mantiene saldamente in posizione la piattaforma galleggiante, impedendone lo spostamento dovuto al vento o alle correnti d'acqua. Ciò garantisce la stabilità e il posizionamento preciso del pannello solare. I cavi di ancoraggio possono essere realizzati in fibre sintetiche, fili d'acciaio o catene, a seconda della profondità e della natura del bacino idrico.

L'elettricità CC (corrente continua) generata dai pannelli solari deve essere convertita in CA (corrente alternata) per essere utilizzata nei sistemi elettrici. L'inverter esegue questa conversione fondamentale, garantendo un'erogazione di potenza ottimizzata per l'utilizzo in rete o per gli impianti in loco.

Per gestire i collegamenti elettrici all'interno del sistema vengono utilizzati speciali cavi impermeabili e connettori resistenti. Questi cavi collegano i pannelli solari e trasmettono l'elettricità generata all'inverter e al punto di connessione alla rete a terra, garantendo un trasferimento di energia sicuro ed efficiente.

Vantaggi dell'energia solare galleggiante

L'energia solare galleggiante sfrutta al meglio lo spazio, soprattutto nelle aree in cui il terreno è scarso o troppo costoso. I sistemi galleggianti possono essere installati in bacini idrici sottoutilizzati come bacini artificiali, dighe e laghi, riducendo la necessità di riutilizzare terreni o di disboscare aree naturali per la realizzazione di impianti solari. Questo rappresenta un vantaggio significativo perché consente la produzione di energia senza occupare terreno prezioso, che può essere utilizzato per altri scopi.

Il rapporto simbiotico tra acqua e pannelli solari contribuisce ad aumentare l'efficienza solare. L'effetto di raffreddamento naturale dell'acqua aiuta a mantenere i pannelli solari a una temperatura di esercizio inferiore, riducendo i problemi di surriscaldamento. Questa regolazione della temperatura può aumentare l'efficienza dei pannelli solari fino al 15%, con conseguente maggiore produzione di energia e un migliore ritorno sull'investimento.

I corpi idrici possiedono proprietà riflettenti intrinseche, che potenziano l'effetto albedo e aumentano l'efficienza dei pannelli solari galleggianti. La luce solare riflessa dalla superficie dell'acqua aggiunge più fotoni ai pannelli solari, aumentando la quantità di luce che può essere convertita in elettricità. Questa interazione reciprocamente vantaggiosa aumenta la produzione energetica totale, rendendo i pannelli solari galleggianti una soluzione interessante per ottimizzare la produzione di energia solare.

I pannelli solari galleggianti contribuiscono a ridurre l'evaporazione dell'acqua, preservando le risorse idriche. Questo è particolarmente utile nelle regioni soggette a siccità e semi-aride, dove l'effetto ombreggiante dei pannelli galleggianti può ridurre significativamente la perdita d'acqua. Inoltre, bloccando la luce solare, i sistemi galleggianti contribuiscono a controllare la crescita di alghe nocive, migliorando la qualità dell'acqua.

Rispetto ai sistemi solari a terra, i sistemi solari galleggianti tendono ad essere più convenienti. Poiché non è necessario acquistare terreni o preparare siti di grandi dimensioni, questi sistemi possono essere più economici da installare. Inoltre, i sistemi solari galleggianti in prossimità di centrali idroelettriche o impianti di trattamento delle acque esistenti possono far risparmiare sui costi di integrazione e sulle infrastrutture di trasmissione.

Studi iniziali suggeriscono che i sistemi solari galleggianti abbiano un impatto minore sulla vita acquatica rispetto ad altre strutture immerse o sommerse. La progettazione e il posizionamento dei pannelli solari galleggianti garantiscono un impatto minimo sugli habitat acquatici, favorendo una coesistenza positiva con gli ecosistemi acquatici.

È possibile iniziare con un piccolo impianto solare galleggiante ed espanderlo in base alle proprie esigenze. La natura modulare delle piattaforme galleggianti semplifica la regolazione e l'ampliamento del sistema per adattarlo a diverse dimensioni e configurazioni del sito.

Svantaggi dell'energia solare galleggiante

Rispetto ai tradizionali sistemi a terra, i sistemi solari galleggianti, con le relative piattaforme, ancore e cavi, sono più complessi e comportano costi iniziali più elevati. Tuttavia, alcune analisi dei costi suggeriscono che, se si considerano i miglioramenti in termini di efficienza, i costi totali nel corso del ciclo di vita del sistema potrebbero essere paragonabili o leggermente superiori a quelli dei sistemi a terra.

L'energia solare galleggiante è operativa in progetti pilota da oltre un decennio, dimostrando prestazioni affidabili. Tuttavia, la sua durabilità a lungo termine non è ancora pienamente confermata. Sono necessari ulteriori dati per comprendere come questi sistemi resistano a diversi decenni di esposizione, considerando fattori come l'usura dovuta alle condizioni meteorologiche, il degrado delle prestazioni nel tempo e l'impatto della manutenzione continua.

Questa tecnologia non è universalmente applicabile. Molti progetti solari galleggianti sono su larga scala e progettati per fornire energia a società commerciali o di servizi pubblici. Per privati ​​o piccole imprese che necessitano di energia solare, i sistemi installati su tetto o a terra rappresentano in genere una scelta più pratica.

Attualmente, la maggior parte degli impianti solari galleggianti si trova in corpi idrici artificiali, tra cui bacini di raccolta, vasche di stoccaggio delle acque reflue e bacini di irrigazione agricola. Questi impianti si trovano anche in cave, siti minerari, dighe e regioni costiere. Mentre i corpi idrici naturali offrono opportunità per lo sviluppo dell'energia solare, i bacini artificiali presentano vantaggi unici. Questi bacini sono in genere dotati di infrastrutture e percorsi preesistenti, rendendo l'installazione e la manutenzione degli impianti solari galleggianti più semplice ed economica.

Sistemi galleggianti impiegati in ambienti marini

Le applicazioni solari galleggianti si stanno naturalmente spostando verso gli ambienti marini. La maggior parte delle città più grandi del mondo si trova lungo le coste e attualmente si trova ad affrontare una forte crescita demografica, scarsità di terreni e difficoltà a soddisfare la crescente domanda energetica. Ciò ha portato a un crescente interesse per le applicazioni marine dei sistemi fotovoltaici galleggianti (FPV).

La tecnologia adatta agli ambienti di acqua dolce non è direttamente applicabile agli ambienti marini, quindi è necessario concentrarsi sullo sviluppo di soluzioni su misura per questi ambienti. Una delle tecnologie chiave necessarie per l'implementazione di sistemi galleggianti in condizioni marine è l'utilizzo di materiali compositi in grado di resistere a vento, onde, forze di marea e onde indotte dalle navi. Attualmente, i sistemi solari galleggianti utilizzano generalmente pontoni in polietilene ad alta densità (HDPE), adatti ai bacini di acqua dolce e che prevengono la contaminazione dell'acqua potabile. Tuttavia, per l'acqua di mare, i materiali devono anche tenere conto dell'impatto dell'acqua salata sulla durabilità a lungo termine.

Tecnologie chiave per i sistemi galleggianti offshore

A seconda della regione, l'altezza delle onde può variare e il frangente può sottoporre la struttura a carichi eccessivi, con conseguente aumento dei costi di materiali, strutture metalliche e cavi di ancoraggio, oltre a maggiori costi operativi. Come mostrato nel diagramma, sulla base di simulazioni idrodinamiche, onde di 0,3 metri di altezza, insieme alle correnti di marea e alla velocità del vento, possono esercitare una forza d'impatto di circa 14 kN²/Hz sui sistemi galleggianti.

JM Solar lancia il progetto di sistema galleggiante offshore

Il solare galleggiante si sta orientando verso l'implementazione di sistemi fotovoltaici galleggianti (FPV) in ambienti marini. Attualmente, JM Solar, in collaborazione con il 725 Institute del China Shipbuilding Group, sta portando avanti il ​​"Progetto dimostrativo di applicazione del fotovoltaico galleggiante offshore", che è entrato nei test pilota marittimi. L'esperienza maturata con i progetti di solare galleggiante in acque interne offre un percorso per l'espansione e la transizione a condizioni vicine alla costa e in mare aperto. Pertanto, la ricerca sulla fattibilità tecnica e sulle sfide della progettazione di sistemi galleggianti per ambienti marini è di fondamentale importanza, con le applicazioni FPV inizialmente testate in ambienti vicini alla costa.