تشبه المبادئ الكهربائية للطاقة الشمسية العائمة الأنظمة الأرضية والسطحية. الميزة الفريدة هي الهيكل العائم القابل للفصل، والذي يمكن تركيبه في المياه غير المطورة وتوليد الكهرباء على نطاق واسع على المسطح المائي. ستغطي هذه المقالة إيجابيات وسلبيات الطاقة الشمسية العائمة وغيرها من المعلومات المفيدة.
1. ما هي الطاقة الشمسية العائمة؟
تشير الطاقة الشمسية العائمة، والمعروفة أيضًا بالأنظمة الكهروضوئية العائمة، إلى المصفوفات الشمسية الموجودة فوق المسطحات المائية. يتم تثبيت الألواح الشمسية بقوة على الهيكل العائم. على الرغم من أنها سوف تهتز قليلاً، إلا أنها لن تؤثر على توليد الطاقة المستقر للنظام. عادة، يتم تركيب أنظمة الطاقة الشمسية العائمة على البرك والبحيرات والسدود حيث تكون الرياح خفيفة نسبيًا مقارنة بالمحيط.
الطاقة الشمسية العائمة هي وسيلة صديقة للبيئة لتوليد الكهرباء تمزج بين تقنيات الطاقة البحرية والمتجددة. يتم نقل الكهرباء المولدة من هذه المصفوفات العائمة عبر الكابلات تحت الماء إلى أبراج النقل المخصصة.
2. المكونات الرئيسية للنظام
1. الألواح الشمسية: هي نفس الألواح المستخدمة على الأرض أو على أسطح المنازل. وتتمثل مهمتها في التقاط ضوء الشمس وتحويله إلى طاقة كهربائية. يمكننا استخدام ألواح أكثر كفاءة لزيادة إنتاج الطاقة إلى أقصى حد في مساحة محدودة.
2. الجسم العائم: منصات الجسم العائمة مصنوعة عمومًا من مواد متينة وعالية الكثافة، مثل HDPE (البولي إيثيلين عالي الكثافة)، لضمان طفو الألواح الشمسية على الماء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة إطار من الألومنيوم إلى العوامة لتعزيز الاستقرار وتوفير هيكل تركيب متين للألواح الشمسية.
3. نظام المرساة: يتم استخدام نظام المرساة لتثبيت المنصة العائمة بشكل محكم لتجنب الانجراف الناتج عن تدفق الرياح أو الماء، وبالتالي ضمان الاستقرار والتموضع الدقيق للمصفوفة الشمسية على الجسم المائي. يمكن أن تكون كابلات التثبيت مصنوعة من ألياف صناعية أو أسلاك فولاذية أو سلسلة، اعتمادًا على عمق وطبيعة المسطح المائي.
4. العاكس: تحتاج طاقة التيار المستمر الناتجة عن الألواح الشمسية إلى تحويلها إلى تيار متردد (AC) لاستخدامها في الأنظمة الكهربائية. يقوم العاكس بإجراء هذا التحويل المهم، مما يضمن إنتاج الطاقة الأمثل للاستخدام في شبكة الطاقة أو المرافق في الموقع.
5. الكابلات: استخدم كابلات خاصة مقاومة للماء وموصلات متينة لإدارة التوصيلات الكهربائية داخل النظام. وتقوم الكابلات بتوصيل الألواح الشمسية وتنقل الكهرباء المولدة إلى العاكسات ونقاط توصيل الشبكة على الأرض، مما يضمن نقل الطاقة بشكل آمن وفعال.
3. مميزات الطاقة الشمسية العائمة
1. كفاءة المساحة
يمكن أن تكون الطاقة الشمسية العائمة استخدامًا رائعًا للمساحة، خاصة في المناطق التي تكون فيها إمدادات الأراضي محدودة أو باهظة التكلفة. يمكن تركيب أنظمة الطاقة الشمسية العائمة على المسطحات المائية غير المستغلة مثل الخزانات والسدود والبحيرات، مما يقلل الحاجة إلى إعادة استخدام الأراضي أو تنظيف المناظر الطبيعية لبناء محطات الطاقة الشمسية. وهذه ميزة كبيرة لأنها يمكن أن تولد الكهرباء دون التضحية بموارد الأراضي القيمة، مما يجعل الأرض متاحة لاستخدامات أخرى.
2. تحسين الكفاءة
العلاقة التكافلية بين الماء والألواح الشمسية في الأنظمة الكهروضوئية العائمة تزيد من كفاءة الطاقة الشمسية. يساعد تأثير التبريد الطبيعي للمياه في الحفاظ على درجة حرارة التشغيل المنخفضة للألواح الشمسية، وبالتالي التخفيف من مشكلات ارتفاع درجة حرارة الألواح الشمسية. يمكن لميزة تنظيم درجة الحرارة هذه أن تزيد من كفاءة الألواح الشمسية بنسبة تصل إلى 15%، وبالتالي زيادة إنتاج الطاقة وبالتالي تحسين العائد على الاستثمار.
3. تأثير البياض
تتمتع المسطحات المائية بخصائص عاكسة متأصلة تساعد في خلق تأثير البياض الذي يزيد من كفاءة الألواح الشمسية العائمة. إن انعكاس ضوء الشمس من الماء إلى الألواح الشمسية يزيد من عدد الفوتونات التي يمكن تحويلها إلى كهرباء. يزيد هذا التفاعل المتبادل المنفعة من إجمالي إنتاج الطاقة، مما يجعل أنظمة الطاقة الشمسية العائمة خيارًا جذابًا لتحسين توليد الطاقة الشمسية.
4. توفير المياه
تساعد الألواح الشمسية العائمة في الحفاظ على موارد المياه عن طريق تقليل التبخر من المسطحات المائية. خاصة في المناطق القاحلة وشبه القاحلة حيث يتزايد نقص المياه بشكل خطير، فإن تأثير التظليل للألواح الشمسية العائمة يمكن أن يمنع بشكل كبير تبخر المياه ويحمي موارد المياه المهمة. بالإضافة إلى ذلك، من خلال منع تغلغل ضوء الشمس، تساعد الأنظمة العائمة على التحكم في نمو الطحالب الضارة، مما يساعد على تحسين جودة المياه.
5. تقليل تكاليف التثبيت
تكلفة الطاقة الشمسية العائمة ستكون أقل مقارنة بالطاقة الشمسية الأرضية. لأنه ليست هناك حاجة للحصول على الأرض والقيام بإعداد واسع النطاق للموقع، الأمر الذي يتطلب في كثير من الأحيان الكثير من النفقات. بالإضافة إلى ذلك، توجد أنظمة الطاقة الشمسية العائمة بالقرب من البنية التحتية الحالية للطاقة في محطات الطاقة الكهرومائية القريبة أو مرافق معالجة المياه، مما يوفر تكاليف البنية التحتية للتكامل والنقل.
6. تأثير ضئيل على الحياة المائية
تشير الأبحاث الأولية إلى أن الأنظمة الشمسية العائمة لها تأثير أقل على الحياة المائية من الهياكل الأخرى الموجودة فوق أو تحت الماء. تم تصميم الألواح الشمسية العائمة ووضعها لضمان الحد الأدنى من الإزعاج للموائل المائية، وبالتالي تعزيز التعايش الصحي مع النظم البيئية المائية.