|
در دو دهه اخیر، تولید برق با استفاده از پنل‌های فوتوولتائیک شناور بر سطح آب (FPV)، به‌ویژه بخش‌هایی که مربوط به مدیریت آب شهری هستند، بسیار مورد استقبال قرار گرفته است. این سیستم‌های تولید انرژی که با نام فلوتوولتاییک شناخته می‌شوند، به دلیل نقش‌شان در ذخیره آب و حمل‌ونقل بدون اتلاف انرژی بهره‌وری بالایی دارند. ظرفیت تولید برق FPVها از 1.1 مگاوات در سال 2010 به بیش از 3500 مگاوات در سال 2020 افزایش یافته است.
ساختار اساسی فوتوولتائیک شناور پیچیده نیست و شامل چند ردیف ماژول‌های پنل خورشیدی است که توسط شناورهای نصب شده بر سطح آب بدون موج یا با موج کم مانند مخازن، سدها، کانال‌ها و حتی رودخانه‌های وسیع پشتیبانی می‌شود. هر ماژول در خشکی مونتاژ می‌شود و سپس به محل نهایی خود روی آب منتقل می‌شود، سپس مجموع ماژول‌ها با کابل بسته شده و توسط لنگری به زمین زیر آب متصل می‌شوند.
مزایای فوتوولتائیک‌های شناور
نصب فوتوولتائیک‌های شناور هم از نظر تولید برق و هم از نظر محافظت از منابع آب، مزایایی دارد که می‌توان به موارد زیر اشاره کرد. پنل‌های خورشیدی به لطف دمای نسبتاً ثابت و پایین آبی که بر آن شناور هستند، می‌توانند خود را خنک نگه دارند که امری بسیار مهم به‌ویژه در سناریوی گرمایش جهانی است. این یک مزیت دوطرفه است زیرا پنل‌های خورشیدی نیز به عنوان مانعی در برابر نور خورشید عمل می‌کنند و سرعت تبخیر آب موجود در مخازن و کانال‌ها را کاهش می‌دهند.
نصب فوتوولتائیک‌های شناور در سدهای نیروگاه‌های آبی، منجر به هم‌افزایی و بالا رفتن ظرفیت تولید برق آن نیروگاه می‌شود، به این ترتیب که FPVها می‌توانند هنگام کاهش تولید برق آبی، انرژی مورد نیاز را تأمین و از این طریق میزان برق تولید شده را تثبیت کنند. متقابلاً تولید برق در شب که نور خورشید وجود ندارد به کمک توربین‌های آبی انجام می‌شود. به علاوه از نیروی اضافی برای پمپاژ آب به سمت بالا استفاده می‌شود.
ظرفیت تولید برق از فتوولتاییک‌های شناور در بسیاری از شهرهای سراسر جهان به‌خاطر ذخایر بزرگ آب آزادی که دارند، بسیار بالا است و به همین علت تأسیسات فوتوولتائیک شناور می‌تواند متحد مهمی برای زیرساخت‌های شهری باشد.
بر اساس یک مقاله علمی اخیر که توسط محققان دانشگاه علوم و فناوری جنوبی در شنژن چین و با عنوان «تولید انرژی و صرفه‌جویی در آب با فتوولتائیک خورشیدی شناور در مخازن جهانی» تهیه شده است، بیش از 6 هزار جامعه (با بیش از 154 منطقه شهری) در صورت نصب فتوولتائیک شناور روی مخازن آب خود می‌توانند «انرژی‌خودکفا» شوند.
معایب و چالش‌های مربوط به فوتوولتائیک‌های شناور
با وجود مزایای بسیاری که برای فلوتوولتاییک‌ها شمرده شد، نمی‌توان از معایب و مشکلات این پنل‌ها چشم‌پوشی کرد. ازجمله معایب اصلی، این واقعیت است که نمی‌توان از آن‌ها در مقیاس بزرگ مانند دریاچه‌ها، تالاب‌ها، خلیج‌ها یا دریاهای کوچک استفاده کرد.
یکی دیگر از معایب نصب FPV، مسدود کردن نور خورشید و ممانعت از رسیدن نور کافی به سیستم‌های بیولوژیکی زیر آب و یا اوتریفیکاسیون (بیش از حد مغذی شدن آب برای رشد بیش از اندازه بعضی جانداران) است که در هر دو حالت تعادل بیولوژیکی را از بین می‌برد. توجه به این ویژگی منفی در مناطق شهری که تصمیم به اجرای طرح توسعه با هدف طبیعی سازی محیط شهری دارند، بسیار مهم است.
نمونه‌های موفق فوتوولتائیک‌های شناور
نخستین سیستم فوتوولتائیک شناور مشهور جهانی در شهر آیچی ژاپن ساخته شد و در سال 2007 به‌صورت آزمایشی اجرا شد که نتایج بسیار مثبتی به همراه داشت. اما قبل از تکمیل این پروژه آزمایشی، یک نمونه فلوتوولتاییک 175 کیلووات‌برثانیه در کالیفرنیا نصب شده بود. پروژه‌ها ادامه یافت تا اینکه ژاپن بار دیگر در سال 2013 با اولین نیروگاه خورشیدی شناور بزرگ به میدان آمد. امروزه، چین پیشرویی بدون رقیب در فناوری ترکیب آب و فوتوولتائیک است. بزرگترین مزارع خورشیدی شناور جهان تا پایان سال 2021 شامل موارد زیر می‌شود:
Anhui Cecep، هواینان چین، با ظرفیت 70 مگاوات‌برثانیه.
Anhui Gcl C، آن‌هویی چین، با ظرفیت 32.6 مگاوات‌برثانیه.
Huainan، هواینان چین، با ظرفیت 40 مگاوات‌برثانیه.
Huainan، هواینان چین، با ظرفیت 20 مگاوات‌برثانیه.
Yamakura، یاماکورای ژاپن، با ظرفیت 13.7 مگاوات‌برثانیه.
Pei County، چین، با ظرفیت 9.9 مگاوات‌برثانیه.
Agongdian، تایوان، با ظرفیت 9.9 مگاوات‌برثانیه
Umenoki، اومنوکی ژاپن، با ظرفیت 7.5 مگاوات‌برثانیه.
در حال حاضر پروژه‌های بسیاری در حال اجرا هستند که پس از تکمیل آن‌ها، نام بعضی از این نیروگاه‌ها از فهرست برترین‌ها حذف می‌شود. آنچه مسلم است نقش غیرقابل انکار این سیستم‌های ترکیبی در افرایش انرژی‌های پایدار در جهان است.
|
