Қалқымалы күн энергиясы: артықшылықтары, негізгі компоненттері және қиындықтары

Қалқымалы күн энергиясының электрлік принциптері жерге орнатылған және шатырдағы жүйелерге ұқсас. Бірегей ерекшелігі үлкен көлемде электр энергиясын өндіру үшін толық пайдаланылмаған су қоймаларына орнатуға болатын алынбалы қалқымалы құрылым болып табылады. Бұл мақалада басқа пайдалы ақпаратпен бірге қалқымалы күннің артықшылықтары мен кемшіліктері талқыланады.

Қалқымалы күн дегеніміз не?

Қалқымалы фотоэлектрлік (FPV) жүйелер деп те аталатын қалқымалы күн судың бетіне орналастырылған күн панельдерінің массивтеріне жатады. Күн панельдері қалқымалы платформаларға сенімді түрде орнатылған, олар аздап ауытқуы мүмкін, бірақ жүйенің тұрақты қуат өндіруіне әсер етпейді. Әдетте, қалқымалы күн жүйелері тоғандарға, көлдерге және су қоймаларына орнатылады, өйткені бұл жерлерде ашық мұхиттарға қарағанда жел азырақ болады.

Қалқымалы күн – теңіз және жаңартылатын энергия технологияларын біріктіретін экологиялық таза энергия өндіру әдісі. Бұл қалқымалы массивтер өндіретін электр энергиясы су астындағы кабельдер арқылы арнайы электр тарату мұнараларына беріледі.

Қалқымалы күн жүйесінің негізгі компоненттері

Жерге немесе шатырға орнатылған жүйелерде қолданылатындарға ұқсас, бұл панельдер күн сәулесін алып, оны электр энергиясына айналдырады. Шектеулі кеңістікте энергия шығысын барынша арттыру үшін тиімдірек панельдерді пайдалануға болады.

Қалқымалы платформалар, әдетте, күн панельдерінің су астында қалуын қамтамасыз ету үшін HDPE (жоғары тығыздықтағы полиэтилен) сияқты берік, жоғары тығыздықтағы материалдардан жасалады. Тұрақтылықты арттыру және күн панельдері үшін берік орнату құрылымын қамтамасыз ету үшін алюминий жақтаулары да қосылуы мүмкін.

Бекіту жүйесі қалқымалы платформаны жел немесе су ағындарының әсерінен жылжып кетуіне жол бермейді. Бұл күн массивінің тұрақтылығы мен дәл орналасуын қамтамасыз етеді. Анкерлік кабельдер су қоймасының тереңдігі мен сипатына байланысты синтетикалық талшықтардан, болат сымдардан немесе шынжырлардан жасалуы мүмкін.

Күн панельдері шығаратын тұрақты (тұрақты ток) электр энергиясын электр жүйелерінде пайдалану үшін айнымалы токқа (айнымалы ток) түрлендіру қажет. Инвертор осы маңызды түрлендіруді орындап, желі немесе жердегі қондырғылар үшін оңтайландырылған қуат шығысын қамтамасыз етеді.

Жүйе ішіндегі электр қосылымдарын басқару үшін арнайы су өткізбейтін кабельдер мен берік қосқыштар қолданылады. Бұл кабельдер күн панельдерін бір-бірімен байланыстырады және өндірілген электр энергиясын инверторға және құрлықтағы желіге қосылу нүктесіне жібереді, бұл энергияның қауіпсіз және тиімді тасымалдануын қамтамасыз етеді.

Қалқымалы күннің артықшылықтары

Қалқымалы күн ғарыш кеңістігін жақсы пайдаланады, әсіресе жер тапшы немесе тым қымбат жерлерде. Қалқымалы жүйелерді су қоймалары, бөгеттер және көлдер сияқты толық пайдаланылмайтын су қоймаларына орнатуға болады, бұл күн электр станциялары үшін жерді немесе табиғи ландшафттарды тазарту қажеттілігін азайтады. Бұл маңызды артықшылық, өйткені ол басқа мақсаттарға пайдалануға болатын құнды жерді алмай-ақ электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді.

Су мен күн панельдері арасындағы симбиотикалық байланыс күн тиімділігін арттыруға көмектеседі. Судың табиғи салқындату әсері күн панельдерін төменгі жұмыс температурасында ұстауға көмектеседі, қызып кету мәселелерін азайтады. Бұл температураны реттеу күн панельдерінің тиімділігін 15%-ға дейін арттыра алады, бұл энергияның жоғарылауына және инвестицияның жақсы қайтарылуына әкеледі.

Су объектілері альбедо әсерін күшейтетін және қалқымалы күн панельдерінің тиімділігін арттыратын өзіндік шағылысатын қасиеттерге ие. Су бетінен шағылысқан күн сәулесі күн панельдеріне көбірек фотондар қосып, электр энергиясына айналдыруға болатын жарық мөлшерін арттырады. Бұл өзара тиімді әрекеттестік жалпы энергия өндіруді арттырады, бұл қалқымалы күнді күн энергиясын өндіруді оңтайландыру үшін тартымды шешімге айналдырады.

Қалқымалы күн панельдері судың булануын азайтуға көмектеседі, бұл су ресурстарын үнемдейді. Бұл әсіресе құрғақшылыққа бейім және жартылай құрғақ аймақтарда құнды, мұнда қалқымалы панельдердің көлеңкелеу әсері судың жоғалуын айтарлықтай азайтады. Сонымен қатар, күн сәулесін бөгеу арқылы қалқымалы жүйелер зиянды балдырлардың өсуін бақылауға, су сапасын жақсартуға көмектеседі.

Жерге орнатылған күн жүйелерімен салыстырғанда қалқымалы күн жүйелері үнемді болады. Жерді сатып алудың немесе үлкен алаңдарды дайындаудың қажеті жоқ болғандықтан, бұл жүйелерді орнату үнемді болуы мүмкін. Бұдан басқа, қолданыстағы су электр станцияларының немесе су тазарту қондырғыларының жанында қалқымалы күн жүйелері интеграция мен тасымалдау инфрақұрылымының шығындарын үнемдей алады.

Бастапқы зерттеулер басқа су негізіндегі немесе су астындағы құрылымдармен салыстырғанда қалқымалы күн жүйелері судағы тіршілікке азырақ әсер етеді деп болжайды. Қалқымалы күн панельдерінің дизайны мен орналасуы су экожүйелерімен оң өмір сүруге ықпал ете отырып, су мекендейтін орталардың минималды бұзылуын қамтамасыз етеді.

Сіз шағын қалқымалы күн жүйесінен бастай аласыз және қажетінше оны кеңейте аласыз. Қалқымалы платформалардың модульдік сипаты әртүрлі торап өлшемдері мен конфигурацияларына сәйкес келетін жүйені реттеуді және масштабтауды жеңілдетеді.

Қалқымалы күннің кемшіліктері

Дәстүрлі жерге орнатылған жүйелермен салыстырғанда қалқымалы күн жүйелері платформаларымен, якорьлерімен және кабельдерімен бірге күрделірек және бастапқы шығындары жоғары. Дегенмен, кейбір шығындарды талдау, егер тиімділікті арттыру ескерілсе, жүйенің қызмет ету уақытындағы жалпы шығындар жердегі жүйелермен салыстыруға немесе одан сәл жоғары болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Қалқымалы күн он жылдан астам уақыт бойы пилоттық жобаларда жұмыс істеп келеді, бұл сенімді өнімділікті көрсетеді. Дегенмен, оның ұзақ мерзімділігі толық расталған жоқ. Ауа-райына байланысты тозу, уақыт өте келе өнімділіктің төмендеуі және ағымдағы жөндеу әсерлері сияқты факторларды ескере отырып, бұл жүйелердің бірнеше ондаған жылдар бойы әсерге қалай төтеп беретінін түсіну үшін қосымша деректер қажет.

Бұл технология жалпыға бірдей қолданыла бермейді. Көптеген қалқымалы күн жобалары ауқымды және коммерциялық немесе коммуналдық компанияларды қуатпен қамтамасыз етуге арналған. Күн энергиясын қажет ететін жеке тұлғалар немесе кішігірім ұйымдар үшін төбеге немесе жерге орнатылатын жүйелер әдетте практикалық таңдау болып табылады.

Қазіргі уақытта қалқымалы күн қондырғыларының көпшілігі жасанды су объектілерінде, соның ішінде су қоймаларында, ағынды суларды сақтау бассейндерінде және ауылшаруашылық суару тоғандарында орналасқан. Бұл нысандарды карьерлерде, кен орындарында, бөгеттерде және жағалау аймақтарында да табуға болады. Табиғи су қоймалары күннің дамуына мүмкіндіктер ұсынса, жасанды су қоймаларының бірегей артықшылықтары бар. Бұл су қоймалары әдетте бұрыннан бар инфрақұрылыммен және жолдармен келеді, бұл қалқымалы күн жүйелерін орнатуды және техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетеді және үнемді етеді.

Теңіз орталарында орналастырылған қалқымалы жүйелер

Қалқымалы күн қолданбалары табиғи түрде теңіз ортасына ауысады. Дүние жүзіндегі ең ірі қалалардың көпшілігі жағалау сызығында орналасқан және қазіргі уақытта халықтың қарқынды өсуіне, жер тапшылығына және өсіп келе жатқан энергия қажеттіліктерін қанағаттандыруға қатысты қиындықтарға тап болуда. Бұл қалқымалы фотоэлектрлік жүйелерге (FPV) арналған теңіз қолданбаларына қызығушылықтың артуына әкелді.

Тұщы су орталарына қолайлы технология теңіз параметрлеріне тікелей қолданылмайды, сондықтан осы орталарға бейімделген шешімдерді әзірлеуге назар аудару қажет. Теңіз жағдайында қалқымалы жүйелерді орналастыру үшін қажетті негізгі технологиялардың бірі желге, толқындарға, толқындық күштерге және кемеден туындаған толқындарға төтеп беру үшін композициялық материалдарды пайдалану болып табылады. Қазіргі уақытта қалқымалы күн жүйелерінде әдетте тұщы су қоймалары үшін қолайлы және ауыз судың ластануын болдырмайтын жоғары тығыздықтағы полиэтиленді понтондар қолданылады. Дегенмен, теңіз суы үшін материалдар тұзды судың ұзақ мерзімді төзімділікке әсерін де ескеруі керек.

Теңіздегі қалқымалы жүйелердің негізгі технологиялары

Аймаққа байланысты толқындардың биіктігі әртүрлі болуы мүмкін, ал толқынның үзілуі құрылымның шамадан тыс жүктемесін көтеруі мүмкін, бұл материалдардың, металл жақтаулардың және анкерлік кабельдердің шығындарын арттырады, сонымен қатар операциялық шығындарды арттырады. Диаграммада көрсетілгендей, гидродинамикалық модельдеуге негізделген биіктігі 0,3 метр толқындар толқындармен және жел жылдамдығымен бірге қалқымалы жүйелерге шамамен 14 кН2/Гц әсер ету күшін көрсете алады.

JM Solar теңіздегі қалқымалы жүйе жобасын іске қосты

Қалқымалы күн теңіз орталарында қалқымалы фотоэлектрлік жүйелерді (FPV) орналастыруға бет бұруда. Қазіргі уақытта JM Solar China Shipbuilding Group-тың 725 институтымен бірлесе отырып, теңіздегі пилоттық сынақтан өткен «Теңізде жүзетін фотоэлектрлік қолданбаларды көрсету жобасын» алға жылжытуда. Ішкі қалқымалы күн жобаларының тәжірибесі жағаға жақын және теңіз жағдайларына масштабтау және өту үшін жолды қамтамасыз етеді. Сондықтан теңіз ортасы үшін қалқымалы жүйелерді жобалаудың техникалық мүмкіндігі мен қиындықтарын зерттеудің практикалық маңызы бар, FPV қолданбалары бастапқыда жағаға жақын орталарда сыналады.