Плавучая солнечная электростанция: преимущества, основные компоненты и проблемы

Электрические принципы, лежащие в основе плавающей солнечной энергии, аналогичны принципам наземных и крышных систем. Уникальной особенностью является съемная плавучая конструкция, которую можно устанавливать в малоиспользуемых водоемах для крупномасштабной генерации электроэнергии. В этой статье будут рассмотрены преимущества и недостатки плавающей солнечной энергии, а также другая полезная информация.

Что такое плавающая солнечная электростанция?

Плавающие солнечные системы, также известные как плавающие фотоэлектрические (FPV) системы, относятся к массивам солнечных панелей, которые размещаются на поверхности воды. Солнечные панели надежно закреплены на плавучих платформах, которые могут слегка качаться, но не влияют на стабильную генерацию электроэнергии системой. Обычно плавучие солнечные системы устанавливаются на прудах, озерах и водохранилищах, поскольку эти места обычно менее подвержены ветру, чем открытые океаны.

Плавающая солнечная батарея — это экологически чистый метод производства электроэнергии, который сочетает в себе морские и возобновляемые энергетические технологии. Электричество, вырабатываемое этими плавающими батареями, передается по подводным кабелям на специальные опоры электропередач.

Ключевые компоненты плавающей солнечной системы

Подобно тем, которые используются в наземных или крышных системах, эти панели улавливают солнечный свет и преобразуют его в электричество. Более эффективные панели могут использоваться для максимизации выработки энергии в ограниченном пространстве.

Плавающие платформы обычно изготавливаются из прочных материалов высокой плотности, таких как HDPE (полиэтилен высокой плотности), чтобы солнечные панели оставались на плаву. Алюминиевые рамы также могут быть добавлены для повышения устойчивости и обеспечения прочной конструкции для установки солнечных панелей.

Система крепления надежно удерживает плавучую платформу на месте, не давая ей дрейфовать из-за ветра или течения воды. Это обеспечивает устойчивость и точное позиционирование солнечной батареи. Якорные тросы могут быть изготовлены из синтетических волокон, стальной проволоки или цепей, в зависимости от глубины и характера водоема.

Электричество постоянного тока (DC), вырабатываемое солнечными панелями, необходимо преобразовать в переменный ток (AC) для использования в электрических системах. Инвертор выполняет это важное преобразование, обеспечивая оптимизированную выходную мощность для использования в сети или на объектах на объекте.

Для управления электрическими соединениями в системе используются специальные водонепроницаемые кабели и прочные разъемы. Эти кабели соединяют солнечные панели и передают вырабатываемую электроэнергию на инвертор и точку подключения к сети на суше, обеспечивая безопасную и эффективную передачу энергии.

Преимущества плавучих солнечных батарей

Плавающая солнечная система отлично использует пространство, особенно в районах, где земли мало или она слишком дорогая. Плавающие системы можно устанавливать в недоиспользуемых водоемах, таких как водохранилища, плотины и озера, что снижает необходимость в перепрофилировании земли или расчистке природных ландшафтов для солнечных электростанций. Это существенное преимущество, поскольку оно позволяет вырабатывать электроэнергию, не занимая ценную землю, которую можно использовать для других целей.

Симбиотическая связь между водой и солнечными панелями помогает повысить эффективность солнечной энергии. Естественный охлаждающий эффект воды помогает поддерживать более низкую рабочую температуру солнечных панелей, уменьшая проблемы перегрева. Такое регулирование температуры может повысить эффективность солнечных панелей до 15%, что приводит к более высокой выработке энергии и лучшей окупаемости инвестиций.

Водоемы обладают присущими им отражающими свойствами, которые усиливают эффект альбедо и повышают эффективность плавучих солнечных панелей. Солнечный свет, отраженный от поверхности воды, добавляет больше фотонов к солнечным панелям, увеличивая количество света, которое может быть преобразовано в электричество. Это взаимовыгодное взаимодействие увеличивает общую выработку энергии, делая плавучие солнечные батареи привлекательным решением для оптимизации генерации солнечной энергии.

Плавающие солнечные панели помогают сократить испарение воды, что позволяет экономить водные ресурсы. Это особенно ценно в засушливых и полузасушливых регионах, где затеняющий эффект плавающих панелей может значительно сократить потери воды. Кроме того, блокируя солнечный свет, плавающие системы помогают контролировать рост вредных водорослей, улучшая качество воды.

По сравнению с наземными солнечными системами плавающие солнечные системы, как правило, более рентабельны. Поскольку нет необходимости покупать землю или готовить большие площадки, эти системы могут быть более экономичными в установке. Кроме того, плавающие солнечные системы вблизи существующих гидроэлектростанций или водоочистных сооружений могут сэкономить на стоимости интеграции и инфраструктуры передачи.

Первоначальные исследования показывают, что плавающие солнечные системы оказывают меньшее воздействие на водную жизнь по сравнению с другими водными или подводными конструкциями. Конструкция и расположение плавающих солнечных панелей обеспечивают минимальное нарушение водных местообитаний, способствуя позитивному сосуществованию с водными экосистемами.

Вы можете начать с небольшой плавающей солнечной системы и расширять ее по мере необходимости. Модульная природа плавучих платформ позволяет легко настраивать и масштабировать систему для соответствия различным размерам и конфигурациям площадок.

Недостатки плавучих солнечных электростанций

По сравнению с традиционными наземными системами плавучие солнечные системы, вместе с их платформами, якорями и кабелями, более сложны и требуют более высоких первоначальных затрат. Однако некоторые анализы затрат показывают, что если учитывать повышение эффективности, общие затраты на протяжении срока службы системы могут быть сопоставимы или немного выше, чем у наземных систем.

Плавающая солнечная система эксплуатируется в пилотных проектах уже более десяти лет, демонстрируя надежную работу. Однако ее долгосрочная прочность не полностью подтверждена. Необходимо больше данных, чтобы понять, как эти системы выдерживают несколько десятилетий воздействия, учитывая такие факторы, как износ, связанный с погодными условиями, ухудшение производительности с течением времени и постоянное техническое обслуживание.

Эта технология не является универсальной. Многие плавучие солнечные проекты являются крупномасштабными и предназначены для снабжения электроэнергией коммерческих или коммунальных предприятий. Для частных лиц или небольших предприятий, которым нужна солнечная энергия, системы, устанавливаемые на крыше или на земле, обычно являются более практичным выбором.

В настоящее время большинство плавучих солнечных электростанций располагаются в искусственных водоемах, включая водохранилища, бассейны для хранения сточных вод и сельскохозяйственные ирригационные пруды. Эти сооружения также можно найти в карьерах, на горнодобывающих участках, плотинах и в прибрежных районах. В то время как естественные водоемы предлагают возможности для развития солнечной энергетики, искусственные водоемы обладают уникальными преимуществами. Эти водоемы обычно поставляются с уже существующей инфраструктурой и путями, что делает установку и обслуживание плавучих солнечных систем проще и экономически более эффективными.

Плавающие системы, используемые в морской среде

Плавучие солнечные установки естественным образом перемещаются в морскую среду. Большинство крупнейших городов мира расположены вдоль береговых линий и в настоящее время сталкиваются с сильным ростом населения, нехваткой земли и проблемами в удовлетворении растущего спроса на энергию. Это привело к повышению интереса к морским применениям плавучих фотоэлектрических систем (FPV).

Технология, подходящая для пресноводных сред, напрямую не применима к морским условиям, поэтому необходимо сосредоточиться на разработке решений, адаптированных для этих условий. Одной из ключевых технологий, необходимых для развертывания плавучих систем в морских условиях, является использование композитных материалов для противостояния ветру, волнам, приливным силам и волнам, создаваемым судами. В настоящее время плавучие солнечные системы обычно используют понтоны из полиэтилена высокой плотности (HDPE), которые подходят для пресноводных водоемов и предотвращают загрязнение питьевой воды. Однако для морской воды материалы также должны учитывать влияние соленой воды на долгосрочную прочность.

Ключевые технологии для морских плавучих систем

В зависимости от региона высота волн может варьироваться, а разрушение волн может привести к тому, что конструкция будет выдерживать чрезмерные нагрузки, увеличивая расходы на материалы, металлические каркасы и якорные тросы, а также увеличивая эксплуатационные расходы. Как показано на диаграмме, основанной на гидродинамическом моделировании, волны высотой 0,3 метра, а также приливные течения и скорость ветра могут оказывать ударную силу приблизительно 14 кН2/Гц на плавучие системы.

JM Solar запускает проект морской плавучей системы

Плавающие солнечные батареи движутся к развертыванию плавучих фотоэлектрических систем (FPV) в морской среде. В настоящее время JM Solar в сотрудничестве с Институтом 725 Китайской судостроительной группы продвигает «Проект демонстрации применения плавучих фотоэлектрических систем на море», который вошел в пилотные морские испытания. Опыт проектов плавучих солнечных батарей на суше открывает путь к масштабированию и переходу к прибрежным и морским условиям. Поэтому исследование технической осуществимости и проблем проектирования плавучих систем для морской среды имеет практическое значение, при этом приложения FPV изначально тестируются в прибрежных условиях.