شيء جديد تحت الشمس: الألواح الشمسية العائمة

18 أكتوبر 2022 الساعة 7:49 صباحًا

ستيف هيرمان

ستافورد، فيرجينيا –

ومن قال أنه لا جديد تحت الشمس؟

واحدة من أهم الابتكارات لتوليد الكهرباء غير الملوثة هي الخلايا الكهروضوئية العائمة، أو FPV، والتي تنطوي على تثبيت الألواح الشمسية في المسطحات المائية، وخاصة البحيرات والخزانات والبحار.تتضمن بعض المشاريع في آسيا آلاف الألواح لتوليد مئات الميغاواط.

حصلت FPV على بداية قوية في آسيا وأوروبا حيث كان لها معنى اقتصادي كبير مع الأراضي المفتوحة ذات القيمة العالية للزراعة.

تم تركيب أول أنظمة متواضعة في اليابان وفي مصنع نبيذ في كاليفورنيا في عامي 2007 و2008.

وعلى الأرض، تتطلب المشاريع التي تبلغ قدرتها 1 ميغاوات ما بين هكتار و1.6 هكتار.

تعتبر مشاريع الطاقة الشمسية العائمة أكثر جاذبية عندما يمكن بناؤها على مسطحات مائية مجاورة لمحطات الطاقة الكهرومائية مع خطوط النقل الحالية.

معظم أكبر هذه المشاريع موجودة في الصين والهند.هناك أيضًا مرافق واسعة النطاق في البرازيل والبرتغال وسنغافورة.

تواجه مزرعة الطاقة الشمسية العائمة بقدرة 2.1 جيجاوات على منطقة مد وجزر على ساحل البحر الأصفر في كوريا الجنوبية، والتي ستحتوي على خمسة ملايين وحدة شمسية على مساحة تغطي 30 كيلومترًا مربعًا بتكلفة 4 مليارات دولار، مستقبلًا غامضًا مع الحكومة الجديدة في سيولوقد أشار الرئيس يون سوك يول إلى أنه يفضل تعزيز الطاقة النووية بدلاً من الطاقة الشمسية.

وهناك مشروعات أخرى بحجم جيجاوات بدأت تخرج من دائرة التصميم في الهند ولاوس، وكذلك في بحر الشمال، قبالة الساحل الهولندي.

كما أثارت هذه التكنولوجيا حماسة المخططين في منطقة جنوب الصحراء الكبرى في أفريقيا، حيث يوجد أدنى معدل للوصول إلى الكهرباء في العالم ووفرة في أشعة الشمس.

وفي البلدان التي تعتمد على الكثير من الطاقة الكهرومائية، "هناك مخاوف بشأن الشكل الذي سيبدو عليه توليد الطاقة أثناء فترات الجفاف، على سبيل المثال، ومع تغير المناخ، نتوقع أن نشهد المزيد من الأحداث المناخية المتطرفة.وأوضح سيكا جادزانكو، الباحث في المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في كولورادو: "عندما نفكر في حالات الجفاف، هناك فرصة للحصول على FPV كخيار آخر للطاقة المتجددة في مجموعة أدواتك بشكل أساسي"."لذلك بدلاً من الاعتماد كثيرًا على الطاقة المائية، يمكنك الآن استخدام المزيد من FPV وتقليل اعتمادك على الطاقة المائية، خلال المواسم الجافة جدًا، لاستخدام الخلايا الكهروضوئية الشمسية العائمة."

يمكن أن توفر تغطية خزانات الطاقة الكهرومائية بنسبة واحد بالمائة بألواح شمسية عائمة زيادة بنسبة 50 بالمائة في الإنتاج السنوي لمحطات الطاقة الكهرومائية الحالية في إفريقيا، وفقًا لتقرير جديد.دراسة مولتها المفوضية الأوروبية.

ملف – تم تركيب الألواح الشمسية في محطة كهروضوئية عائمة على بحيرة في هالترن، ألمانيا، 1 أبريل 2022.

التحديات

ومع ذلك، هناك مخاطر فولتية عائمة محتملة.اشتعلت النيران في مصنع في مقاطعة تشيبا باليابان في عام 2019. وألقى المسؤولون باللوم على إعصار في نقل الألواح الواحدة فوق الأخرى، مما أدى إلى توليد حرارة شديدة وربما إشعال النار في المنشأة التي تبلغ مساحتها 18 هكتارًا والتي تحتوي على أكثر من 50 ألف لوح شمسي عائم في سد ياماكورا.

إن أهم عائق أمام اعتماد هذه التكنولوجيا على نطاق أوسع، في الوقت الحاضر، هو السعر.يعد إنشاء مصفوفة عائمة أكثر تكلفة من التركيب المماثل على الأرض.ولكن مع ارتفاع التكاليف هناك فوائد إضافية: بسبب التبريد السلبي للمسطحات المائية، يمكن للألواح العائمة أن تعمل بشكل أكثر فعالية من الألواح الشمسية التقليدية.كما أنها تقلل من التعرض للضوء وتخفض درجة حرارة الماء، مما يقلل من نمو الطحالب الضارة.

وبدا كل هذا واعدا للمسؤولين في بلدة وندسور في بلد النبيذ في شمال كاليفورنيا.ويطفو الآن ما يقرب من 5000 لوح شمسي، يولد كل منها 360 واط من الكهرباء، على إحدى برك مياه الصرف الصحي في وندسور.

"إنهم جميعا مترابطة.كل لوحة تحصل على تعويم خاص بها.وهي في الواقع تتحرك بشكل جيد جدًا مع حركة الأمواج وحركة الرياح.وقال غاريت بروتون، كبير المهندسين المدنيين في إدارة الأشغال العامة في وندسور: «ستفاجأ كيف يمكنهم امتصاص الأمواج والخروج منها دون أن تتكسر أو تتفكك».

تعتبر الألواح العائمة صديقة للبيئة وميزانية وندسور، حيث كانت فاتورة الكهرباء لمحطة الصرف الصحي هي الأكبر التي تتحملها حكومة المدينة

دفعت عضو مجلس المدينة ديبورا فادج إلى مشروع بقدرة 1.78 ميجاوات بدلاً من وضع الألواح الشمسية فوق مواقف السيارات.

"إنهم يعوضون 350 طنًا متريًا من ثاني أكسيد الكربون سنويًا.كما أنها توفر 90 بالمائة من الطاقة التي نحتاجها لجميع عمليات معالجة مياه الصرف الصحي، ولجميع عمليات ساحة شركتنا وأيضًا لضخ مياه الصرف الصحي إلى السخانات، وهو حقل للطاقة الحرارية الأرضية، على بعد حوالي 40 ميلًا ( وقال فادج لإذاعة صوت أمريكا: "64 كيلومتراً شمالاً".

وتستأجر المدينة الألواح العائمة من الشركة التي قامت بتركيبها، مما يمنحها سعرًا محددًا للكهرباء بموجب عقد طويل الأجل، مما يعني أن وندسور تدفع حوالي 30% مما أنفقته سابقًا مقابل نفس القدر من الطاقة.

"ليس الأمر كما لو أننا استثمرنا في شيء لن نحصل فيه على تعويض.نحن نحصل على الانتقام بينما نتحدث.وقال سام سالمون، عمدة وندسور: "سنحصل على تعويض لمدة 25 عامًا".

لا تهدف الأنظمة العائمة إلى تغطية المسطحات المائية بالكامل، مما يسمح بمواصلة الأنشطة الأخرى، مثل ركوب القوارب وصيد الأسماك.

وقال جادزانكو من NREL لإذاعة صوت أمريكا: "نحن لا نفترض أن الهيكل العائم سيغطي الجسم المائي بأكمله، فغالبًا ما يكون نسبة صغيرة جدًا من هذا الجسم المائي"."حتى من منظور بصري فقط، قد لا ترغب في رؤية الألواح الكهروضوئية التي تغطي خزانًا كاملاً."

حددت NREL 24,419 مسطحًا مائيًا من صنع الإنسان في الولايات المتحدة باعتبارها مناسبة لوضع FPV.ومن المحتمل أن تولد الألواح العائمة التي تغطي ما يزيد قليلاً عن ربع مساحة كل هذه المواقع ما يقرب من 10% من احتياجات أمريكا من الطاقة.وفقا للمختبر.

ومن بين المواقع بحيرة سميث التي تبلغ مساحتها 119 هكتارًا، وهي عبارة عن خزان من صنع الإنسان تديره مقاطعة ستافورد في فرجينيا لإنتاج مياه الشرب.وهو أيضًا موقع لصيد الأسماك الترفيهي بجوار قاعدة كوانتيكو التابعة لقوات مشاة البحرية الأمريكية.

وكتب مؤلفو الدراسة: "تقع العديد من هذه المسطحات المائية المؤهلة في مناطق تعاني من الإجهاد المائي مع ارتفاع تكاليف حيازة الأراضي وارتفاع أسعار الكهرباء، مما يشير إلى فوائد متعددة لتقنيات FP".

قال جادزانكو: "إنه حقًا خيار يشتمل على الكثير من التكنولوجيا المثبتة".