پنل‌های خورشیدی شناور؛ افزایش راندمان با خنک‌سازی طبیعی

 محیط آبی باعث افزایش احتمال خوردگی قطعات فلزی، کابل‌ها و اتصالات الکتریکی می‌شود و رطوبت بالا ممکن است به لایه‌های محافظ پنل‌ها آسیب بزند. این شرایط می‌تواند طول عمر تجهیزات را کاهش دهد. به همین دلیل، بسیاری از سیستم‌های شناور به پوشش‌های ضدخوردگی تخصصی و استانداردهای حفاظتی سطح بالا نیاز دارند تا دوام تجهیزات در طولانی‌مدت تضمین شود.

در مقاله‌ی «Marine PV: Advanced Solar Integration Technology & Anti-Corrosion Process» که در وب‌سایت Ucanpower منتشر شده است، ویژگی‌های طراحی و فرایندهای ضدخوردگی در سامانه‌های خورشیدی دریایی تشریح شده است.

۲- هزینه نصب و نگهداری

هزینه اولیه این سیستم‌ها معمولاً بیشتر از نیروگاه‌های زمینی است، چون برای نصب آن‌ها باید از سازه‌های شناور، سیستم‌های مهاربندی مقاوم و تجهیزات مخصوص محیط آبی استفاده شود. نگهداری و تعمیرات نیز به دلیل سختی دسترسی به تجهیزات روی آب، پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر است. همچنین هزینه‌های جانبی مانند تجهیزات ایمنی، قایق‌های بازرسی و دوره‌های زمانی بیشتر برای تعمیرات نیز باعث افزایش هزینه‌های بهره‌برداری می‌شوند.

• تفاوت هزینه سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX): بر اساس مطالعات، هزینه نصب نیروگاه‌های خورشیدی شناور معمولاً ۲۰ تا ۲۵ درصد بالاتر از سیستم‌های زمینی است. این افزایش هزینه به دلیل نیاز به سازه‌های شناور، سیستم‌های مهاربندی مقاوم و تجهیزات ویژه محیط آبی است. با این حال، بهره‌برداری از خنک‌کنندگی طبیعی آب و افزایش بازدهی انرژی بین ۵ تا ۱۵ درصد، به همراه صرفه‌جویی در خرید یا آماده‌سازی زمین، می‌تواند هزینه کل تولید برق (LCOE) را کاهش دهد و پروژه‌های شناور را از نظر اقتصادی رقابتی کند.

۳- مسائل زیست‌محیطی و تأثیر بر اکوسیستم‌های آبی

پوشاندن سطح گسترده‌ای از آب با پنل‌های خورشیدی می‌تواند روی دمای آب، میزان تبادل اکسیژن و شدت نفوذ نور تأثیر بگذارد و در نتیجه زندگی گیاهی و جانوری زیر آب را دچار اختلال کند. در برخی زیستگاه‌ها، کاهش نور ورودی ممکن است رشد جلبک‌ها و گیاهان آبزی را تغییر دهد و زنجیره غذایی اکوسیستم را تحت تأثیر قرار دهد.

راهکار‌ها و فناوری‌های نوین برای افزایش عملکرد

برای اینکه پنل‌های خورشیدی شناور در مناطق گرم عملکرد بهتری داشته باشند و محدودیت‌های موجود برطرف شود، مجموعه‌ای از فناوری‌های نوآورانه در حال توسعه است.

۱- طراحی مقاوم در برابر حرارت و رطوبت

در این رویکرد، از کابل‌هایی با عایق دوگانه، جعبه‌های اتصال با استاندارد نفوذپذیری بالا (IP بالا) و پنل‌های دوجداره استفاده می‌شود تا تجهیزات بتوانند در شرایط سخت محیطی مثل گرمای زیاد و رطوبت بالا دوام بیشتری داشته باشند. این طراحی‌ها معمولاً بر اساس استانداردهای بین‌المللی IEC انجام می‌شوند تا مقاومت سیستم در برابر اشعه UV، تغییرات دمایی شدید و نفوذ آب تضمین شود.

۲- سیستم‌های خنک‌کننده فعال و غیرفعال

علاوه بر خنک‌سازی طبیعی آب، می‌توان از سیستم‌هایی مثل پاشش آب، جریان هوای اجباری یا فن‌های پشت پنل برای پایین نگه داشتن دما در گرم‌ترین ساعات روز استفاده کرد. این روش‌ها به کاهش دمای سلول‌ها و افزایش راندمان کمک می‌کنند. در برخی پروژه‌های پیشرفته، این سیستم‌های خنک‌کننده به‌صورت خودکار و هوشمند با توجه به دمای لحظه‌ای پنل‌ها فعال می‌شوند تا مصرف انرژی کم و اثر خنک‌کنندگی بیشینه شود.

۳- پوشش‌های ضدخوردگی و مواد پیشرفته

برای افزایش طول عمر تجهیزات، سازه‌های شناور از مواد پلیمری مقاوم ساخته می‌شوند و قطعات فلزی مهاربندی با پوشش‌های ضدزنگ مانند آلومینیوم-روی محافظت می‌شوند. این کار باعث می‌شود تجهیزات حتی در محیط‌های بسیار مرطوب و پرخورنده هم کارایی خود را حفظ کنند. استفاده از مواد کامپوزیتی جدید همچنین وزن سازه‌ها را کاهش می‌دهد و پایداری آن‌ها را در برابر موج، باد و تغییرات سطح آب افزایش می‌دهد.

پروژه‌های موفق پنل‌های خورشیدی شناور در مناطق گرم و مرطوب

تجربه‌های عملی و داده‌های به‌دست‌آمده از پروژه‌های فلوتوولتائیک در مناطق بسیار گرم و پربازتاب نشان می‌دهد که این فناوری در مقایسه با نیروگاه‌های زمینی، بازدهی انرژی بالاتر و مدیریت بهتری بر منابع آب ارائه می‌دهد. این پروژه‌ها معمولاً با هدف افزایش راندمان، کاهش تبخیر آب و استفاده بهتر از فضاهای آبی اجرا می‌شوند.

• چین – پروژه‌های عظیم روی معادن آب‌گرفته

چین، به‌عنوان بزرگ‌ترین بازار پنل‌های شناور، پروژه‌های وسیعی را روی معادن زغال‌سنگ آب‌گرفته و دریاچه‌های مصنوعی اجرا کرده است تا زمین‌های تخریب‌شده دوباره کاربری پیدا کنند. این پروژه‌ها هم‌زمان مشکل آلودگی آب را کاهش می‌دهند و برق پاک تولید می‌کنند. برخی از نیروگاه‌های شناور چین، مانند پروژه Huainan، ظرفیتی تا حدود ۱۵۰ مگاوات داشته و با سیستم‌های مهاربندی بسیار ایمن در برابر باد و موج پایدار شده‌اند. بسیاری از این پروژه‌ها از سیستم‌های رصد و مانیتورینگ لحظه‌ای استفاده می‌کنند تا عملکرد پنل‌ها در شرایط دمایی متغیر به‌طور پیوسته بهینه شود.

• سنگاپور – راهکار برای کمبود زمین و رطوبت بسیار بالا

سنگاپور به‌دلیل کمبود زمین و رطوبت زیاد، پنل‌های شناور را روی مخازن آب شیرین خود مانند مخزن Tengeh نصب کرده است. در این اقلیم گرم و مرطوب، خنک‌کنندگی طبیعی آب باعث شده که راندمان این نیروگاه‌ها به‌طور میانگین ۸ تا ۱۰ درصد بیشتر از سامانه‌های زمینی مشابه باشد. این سیستم‌ها معمولاً به فیلترهای زیست‌محیطی و طراحی‌های ضدخزه مجهز می‌شوند تا از تجمع جلبک و رسوبات در بخش‌های شناور جلوگیری شود.

• هند – سیستم‌های هیبریدی و کاهش چشمگیر تبخیر

هند به‌دلیل گرمای شدید و تبخیر بالای آب سدها، از پنل‌های شناور در قالب سیستم‌های Hydro-PV Hybrid استفاده می‌کند؛ یعنی ترکیب برق‌آبی و خورشیدی در یک محل. در بسیاری از سدهای مناطق گرمسیری، سایه‌ی پنل‌ها توانسته میزان تبخیر آب را ۵۰ تا ۷۰ درصد کاهش دهد که از نظر مدیریت منابع آب یک مزیت بسیار مهم است. این سیستم‌های ترکیبی همچنین امکان استفاده هوشمند از خطوط انتقال مشترک را فراهم می‌کنند و هزینه زیرساخت را کاهش می‌دهند.

• امارات متحده عربی – تمرکز بر مقاومت در برابر گرمای شدید

در امارات، پروژه‌های شناور روی مقاومت تجهیزات در برابر گرمای بسیار شدید متمرکز هستند. استفاده از پنل‌های دو‌شیشه‌ای (Double-Glass PV) باعث افزایش دوام در برابر رطوبت، اشعه UV و پدیده تخریب عملکرد (PID) شده است. این پنل‌ها معمولاً دمای عملیاتی خود را ۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از پنل‌های زمینی نگه می‌دارند. در برخی پروژه‌ها از الگوریتم‌های پیشرفته کنترل توان راکتیو نیز استفاده می‌شود تا پایداری ولتاژ شبکه در دماهای بسیار بالا حفظ شود.

جمع‌بندی