فرصت‌ها و چالش‎‌های توسعه نیروگاه‌های خورشیدی شناور

انرژی خورشیدی فتوولتاییک به‌عنوان یک منبع پاک، سبز و تجدیدپذیر انرژی یک ستون اصلی در مبارزه با تغییر اقلیم است. پنل‌های خورشیدی خواه روی سقف نصب شده باشند، خواه در نیروگاه‌های مقیاس بزرگ، تبدیل به یک نمای رایج برای انسان‌ها شده است. اما پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک الزاما نباید روی زمین نصب شوند. این پنل‌ها می‌توانند روی پلتفرمی نصب‌شوند که روی سطح آب سدها، دریاچه‌ها و در برخی شرایط دریاها و اقیانوس‌ها، شناور باشد.

قابل تعجب نیست که نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور (Floating solar photovoltaic-FPV) با چالش‌ها و هزینه‌های بیش‌تری نسبت‌به نصب در خشکی مواجه هستند. بااین‌حال، این دسته از نیروگاه‌های خورشیدی با سرعت چشمگیری در حال رشد و توسعه‌ هستند؛ به‌طوری‌که ظرفیت‌ آن‌ها از ۷۰ مگاوات در سال ۲۰۱۵ به ۱۳۰۰ مگاوات در سال ۲۰۱۸ رسیده است.

تا ماه می سال ۲۰۲۰ میلادی، بیش از ۳۰۰ نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک شناور در جهان در حال تولید برق بوده است. موسسه مطالعاتی معتبر وود مکنزی پیش‌بینی کرده است که تقاضا برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی شناور به‌طور سالانه ۲۲ درصد از سال ۲۰۱۹ تا سال ۲۰۲۴ افزایش خواهد یافت.

شکل۱: روند صعودی احداث نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور (FPV)

چرا نیروگاه‌های خورشیدی شناور؟

مزیت قابل‌توجه نیروگاه‌های خورشیدی شناور روی سدها و دریاچه‌ها، عدم استفاده از فضای زمین است که می‌توان از این فضای خالی برای دیگر کاربری‌ها هم‌چون کشاورزی و یا ساخت‌وساز بهره‌گرفت.

مزیت دیگر این نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک، اثر سرمایشی آب است که می‌تواند عملکرد پنل خورشیدی را ۵ تا ۱۰ درصد بهبود بخشد. در طی گذر زمان، این امر باعث کاهش چشمگیر هزینه تولید برق خورشیدی می‌شود. دیگر مزایای بالقوه، کاهش اثر سایه‌اندازی، کاهش فعالیت‌های عمرانی، کاهش تبخیر آب، بهبود کیفیت آب و کاهش رشد جلبک‌ها، خواهد بود.

شکل۲: نمونه‌ای از پلتفرم نصب پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور تحت عنوان SUMITOMO

پتانسیل رشد و توسعه نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور در آینده، بسیار قابل‌توجه است. تنها مساحت سدهای نیروگاه‌های برق‌آبی در سراسر جهان به بیش از ۲۵۰ هزار کیلومتر مربع می‌رسد که برای احداث نیروگاه خورشیدی شناور به‌ظرفیت ۲/۵ برابر برق تولیدی به‌وسیله نیروگاه‌های برق‌آبی موجود در جهان، کافی است. ترکیب نیروگاه‌های خورشیدی شناور با نیروگاه‌های برق‌آبی می‌تواند مزایا و نتایج امیدوارکننده‌ای را به‌همراه داشته باشد.

وبینار ژورنال کلای انرژی خورشیدی ایران: پیشرفت‌های فنی و اثرهای زیست‌محیطی نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور

در کشور پرتغال، یک نیروگاه خورشیدی با ۸۴۰ پنل فتوولتاییک و ظرفیت ۲۲۰ کیلووات روی سد نیروگاه برق‌آبی احداث شده است. برق تولیدشده اضافه توسط نیروگاه خورشیدی شناور، می‌تواند توان خروجی نیروگاه برق‌آبی را هموار کند.

چالش‌های نیروگاه‌های خورشیدی شناور

باتوجه به مزایای ذکرشده، آیا همواره احداث نیروگاه‌های خورشیدی شناور معنا دارد؟ علی‌رغم پتانسیل موجود، درحال‌حاضر، نیروگاه‌های خورشیدی شناور تنها ۰/۵ درصد از کل نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک احداث‌شده در جهان را به‌خود اختصاص داده‌اند. مزایای ذکرشده درباره این نیروگاه‌ها باید در مقابل ۲۰ تا ۲۵ درصد افزایش هزینه که اغلب به‌دلیل سازه شناور و سیستم‌های لنگراندازی و مهارگاه و هم‌چنین تاحدودی هزینه مربوط به توسعه فناوری است، برتری پیدا کند.

شکل۳: شماتیکی از بخش‌های مختلف یک نیروگاه خورشیدی شناور مقیاس بزرگ نمونه 

باتوجه به میزان تغییر سطح آب، نوع بستر، عمق آب و هم‌چنین شرایط سخت آب‌وهوایی ازقبیل وزش بادهای سنگین و امواج بلند، سیستم‌های خورشیدی شناور با چالش‌های ویژه‌ای مربوط به لنگراندازی و مهارگاه روبه‌رو هستند. ازین‌رو، هزینه‌های مهندسی و ساخت نیروگاه‌های خورشیدی شناور به‌طور معمول بیش‌از نیروگاه‌های خورشیدی احداث‌شده در خشکی است. علاوه‌براین، برخی ملاحظه‌های ایمنی نیز باید در نظر گرفته شود. از آن‌جایی‌که سیستم‌های خورشیدی شناور با آب و الکتریسیته در ارتباط هستند، ملاحظه‌های ایمنی بیش‌تری مربوط به مدیریت کابل‌کشی و تست عایق‌کاری باید صورت گیرد.

نیروگاه‌های خورشیدی شناور روی آب دارای قطعه‌های متحرکی نیز هستند، لذا، همواره تحت اصطکاک و تنش‌های مکانیکی قراردارند. سیستم‌هایی که دارای طراحی و نگهداری ضعیف هستند ممکن است دچار آسیب‌های جدی شوند.

به‌دلیل وجود رطوبت زیاد، نیروگاه‌های خورشیدی شناور در معرض ریسک خوردگی نیز قرار دارند؛ بنابراین، درنظرگرفتن استاندارهای کیفی مناسب برای انتخاب تجهیزات نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور که قادر باشند به‌مدت ۲۵ سال عملکرد نیروگاه را در شرایط سخت محیطی، تضمین کنند، ضروری و حیاتی است.

وبینار ژورنال کلای انرژی خورشیدی ایران: پیشرفت‌های فنی و اثرهای زیست‌محیطی نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور

انتخاب محل مناسب برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی شناور نیز ملاحظه مهم دیگر است. توسعه نیروگاه‌های خورشیدی شناور نیازمند به شناخت کامل از توپوگرافی بستر آب و میزان مناسب‌بودن آن برای لنگرهای شناور دارد. لنگر انداختن برای دفع بارهای ایجادشده ناشی از باد و امواج جهت به‌حداقل رساندن حرکت و جابه‌جایی نیروگاه شناور، صورت می‌گیرد. مطالعه‌های فنی گسترده‌ای باید انجام شود تا به تعیین محل مناسب برای احداث نیروگاه‌های خورشیدی شناور و طراحی سیستم لنگراندازی آن و در مجموع امکان‌سنجی فنی و قابلیت اقتصادی‌بودن پروژه، دست پیدا کرد.

وضعیت امروز مارکت نیروگاه‌های خورشیدی شناور

نیروگاه‌های خورشیدی شناور به‌تازگی در حال توسعه هستند. اولین نصب این دسته از نیروگاه‌های خورشیدی در سال ۲۰۱۷ در کشور ژاپن صورت گرفته است (با ظرفیت نامی کمتر از ۵ مگاوات). کشورهای کره جنوبی و آمریکا نیز نیروگاه‌های خورشیدی شناور با ظرفیت ۸۰ و ۱۲ مگاوات احداث کرده‌اند.

در حال‌حاضر کشور چین سه چهارم ظرفیت منصوبه جهان را در اختیار دارد. حدود ۲۰ کشور جهان نیز در مجموع ۴۰ مگاوات نیروگاه خورشیدی شناور احداث کرده‌اند.

جدول۱: مقایسه هزینه هم‌ترازشده انرژی نیروگاه خورشیدی شناور و روی زمین در اقلیم‌های مختلف

جدول۲: اولین‌ها در احداث نیروگاه‌های خورشیدی شناور (FPV) در جهان

آینده نیروگاه‌های خورشیدی شناور

تولید انرژی تجدیدپذیر از طریق نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتاییک شناور به‌عنوان بخشی از تلاش برای مقابله با تغییر اقلیم، در حال رشد است. با توسعه فناوری، انتظار می‌رود هزینه و چالش‌های فنی کاهش پیدا کند.

آیا نیروگاه‌های خورشیدی شناور می‌توانند پاسخی به تغییرات اقلیم و قدرت باشند؟ شاید خیر! اما بخشی ضروری از جعبه ابزار مقابله با این مسائل خواهند بود.

دانلود اینفوگرافیک نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک شناور