افزایش قابل توجه تقاضای برق، کاهش سریع سوختهای فسیلی، همراه با نگرانیهای زیستمحیطی در سراسر جهان، نیاز به راهاندازی نیروگاههای خورشیدی در مقیاس بزرگ را افزایش داده است. نصب سامانههای خورشیدی فتوولتائیک با مشکل نیاز شدید به زمین مواجه است که همواره کالایی ارزشمند است. برای صرفهجویی در استفاده از زمین، نصب پنلهای خورشیدی شناور بر روی منابع آبی مانند اقیانوسها، دریاچهها، تالابها، برکههای آبیاری، تصفیهخانههای فاضلاب، مزارع پرورش ماهی، سدها و کانالها میتواند گزینهای جذاب باشد.
پنلهای خورشیدی شناور نسبت به پنلهای نصبشده روی زمین مزایای متعددی دارند، از جمله موانع کمتر برای تابش خورشید، سهولت نصب، بهرهوری انرژی، و راندمان بالاتر تولید برق به دلیل دمای پایینتر زیر پنلها. علاوه بر این، محیطهای آبی نیز از نصب پنلهای خورشیدی شناور سود میبرند. زیرا سایه ایجاد شده مانع تبخیر بیش از حد آب میشود، رشد جلبکها را محدود میکند و احتمالاً کیفیت آب را بهبود میبخشد. پنلهای خورشیدی شناور، برق بیشتری نسبت به سامانههای زمینی و سقفی تولید میکنند. زیرا اثر خنککنندگی آب باعث افزایش راندمان میشود. همچنین با سایهاندازی روی سطح آب، تبخیر آب و رشد جلبکها کاهش مییابد.
مزایای پنلهای خورشیدی شناور
نیروگاههای فتوولتائیک شناور چندین مزیت دارند، از جمله ایجاد یک اثر خنککنندگی طبیعی که بازده و کارایی انرژی را افزایش میدهد. علاوه بر این، آنها میتوانند با ایجاد سایه بر سطح آب، میزان تبخیر آب را کاهش دهند. نصب نیروگاههای فتوولتائیک شناور بر سطح آب میتواند تا ۲۸٪ کاهش در تبخیر آب ایجاد کند.
علاوه بر بهبود عملکرد و کاهش تبخیر، نصب پنلهای خورشیدی شناور (FPV) بر روی پهنههای آبی میتواند ظرفیت تولید انرژی خورشیدی را بهطور چشمگیری افزایش دهد. با توجه به اینکه، ۷۰٪ سطح کره زمین پوشیده از آب است، پژوهش و توسعه FPV، عصری جدید از فناوریهای انرژی خورشیدی را با پیشرفت سازههای شناور مقاوم رقم میزند. با این حال باید توجه داشت که دریاها لزوماً آرام نیستند و جریانهای شدید دریایی میتوانند چالشهای جدی برای سازههای FPV ایجاد کنند. بنابراین، تلاشهای پژوهشی و توسعهای برای رفع این مشکل بسیار حیاتی است. در حال حاضر، چین و بریتانیا پیشگام تحلیلهای سازهای سامانههای FPV برای مقاومت در برابر شرایط سخت دریایی هستند.
به کارگیری FPV در سدهای برقآبی میتواند چشمانداز انرژی را متحول سازد. تحقیقات نشان داده است که نصب FPV در ۱۰٪ از سدهای نیروگاههای برقآبی جهان معادل ظرفیت نصبشده نیروگاههای سوخت فسیلی خواهد بود. افزون بر این، چنین سامانههایی میتوانند منبعی از انرژی سبز برای مناطق مسکونی نزدیک فراهم کنند.
مشکلات پنلهای خورشیدی شناور
با وجود پیشرفتهای صورت گرفته در مورد پنلهای خورشیدی شناور، موانع متعددی همچنان در زمینه پنلهای خورشیدی شناور باقی مانده است، از جمله:
- ممکن است بر مناطق حفاظتشده و حساس زیستمحیطی اثر بگذارد.
- رشد جلبک به دلیل کاهش نفوذ نور خورشید و فتوسنتز کاهش یابد.
- ماژولهای سیلیکونی و شناورهای پلیاتیلن با چگالی بالا ممکن است کیفیت آب را تحت تأثیر قرار دهند.
- احتمال وقوع حوادث الکتریکی به دلیل کابلهای زیرآبی و اثر بر اکوسیستمهای موجود وجود دارد.
- فعالیتهای ماهیگیری و حملونقل آبی ممکن است تحت تأثیر قرار گیرند.
- تنوع زیستی سامانههای آبی ممکن است تغییر کند.
نقش دما در راندمان نیروگاههای فتوولتائیک شناور
راندمان پنلهای خورشیدی متداول موجود در بازار تحت تأثیر عوامل مختلفی است که دمای سلول مهمترین آنها محسوب میشود. بهطور کلی، پنلهای خورشیدی در دمای استاندارد 25 درجه سانتیگراد بهطور کارآمد عمل میکنند. مطالعه روی پنلهای پلیکریستالی نشان میدهد که به ازای هر یک درجه سانتیگراد افزایش دما، افت ولتاژ 0.12 ولت رخ میدهد. این پدیده در نیروگاههای بزرگ خورشیدی که تجمع گرما قابل توجه است، بیشتر نمود پیدا میکند.
یکی از راهحلها برای مدیریت دما در سطح عملیاتی، نصب پنلهای خورشیدی شناور است. پدیده خنککنندگی طبیعی با نصب پنلهای خورشیدی شناور، منجر به مدیریت بهتر دمای سلول و افزایش بازده انرژی میشود. علاوه بر این، نصب پنلهای خورشیدی شناور باعث کاهش استفاده از زمین و کاهش تبخیر سطح آب میگردد. با این حال، باید توجه داشت که نصب پنلهای شناور ممکن است چالشهایی مانند پیچیدگی بیشتر در طراحی و نصب و همچنین ملاحظات نگهداری را به همراه داشته باشد.
ساختار پنلهای خورشیدی شناور
ساختار پایه پنلهای خورشیدی شناور از دو بخش اصلی تشکیل شده است. الف) پنلهای خورشیدی همراه با اجزای الکتریکی آنها ب) بدنه سازه شامل شناورها، سامانههای مهار، مواد ضد آب و نیروی شناوری
پنلهای خورشیدی به آرایهای از شناورهای بههمپیوسته متصل میشوند که مهار و لنگرگذاری شدهاند. این شناورها معمولاً از مواد سبک مانند پلیاتیلن، غشاهای هیدرو-الاستیک، فوم پلیاستایرن، فروسمنت یا پلاستیکهای تقویتشده با الیاف همراه با سازههای آلومینیومی یا فولادی ساخته میشوند. کابلهای الکتریکی مورد استفاده در FPV معمولاً با پلییورتان یا لاستیکهای گرماسخت پوشش داده میشوند، زیرا در برابر آب مقاوم هستند. همچنین، برای پوشش سازه از صفحات لاستیکی استفاده میشود.
در هنگام نصب نیروگاههای فتوولتائیک شناور، توجه به شرایط هواشناسی و زمینشناسی محل بسیار مهم است، زیرا برخی مکانها ممکن است به تجهیزات اضافی نیاز داشته باشند. همه شرایط جغرافیایی برای نصب FPV مناسب نیستند. برای مثال، مناطق دورافتاده، مناطق بسیار سرد، مناطق شهری آلوده یا مرطوب، منابع آبی تفریحی، زمینهای نرم یا گلی، منابع آبی حفاظتشده برای گونههای خاص، منابع آبی اختصاصیافته به پرندگان برای نصب FPV مناسب نیستند. این شرایط ممکن است منجر به فروپاشی سازه شناور، کاهش تابش خورشیدی یا به خطر افتادن اکوسیستم شوند.
نتیجهگیری
توسعه پنلهای خورشیدی شناور، نشاندهندهی پیشرفتی چشمگیر در فناوری انرژیهای تجدیدپذیر است که توان تولید بالای انرژی را با حداقل اثرات زیستمحیطی ارائه میدهد. با این حال، برای بهرهبرداری کامل از ظرفیت این فناوری، اصلاحات بیشتری در زمینه طراحی سازههای شناور، ابزار دقیق و سامانههای پایش نیاز است. نوآوریهای مستمر میتواند FPV را به یکی از بازیگران مهم در تولید انرژی جهانی تبدیل کند. FPV میتواند جایگزینی پایدار برای سوختهای فسیلی باشد و به چشمانداز زمینی پاکتر و دوستدار محیطزیست کمک کند.