تجاوزت القدرة العالمية للطاقة الكهروضوئية العائمة (FPV) 10 جيجاوات في عام 2024 وتنمو بأكثر من 30% سنويًا - أسرع من التركيب الأرضي. ندرة الأراضي في جنوب شرق آسيا وجنوب آسيا هي الدافع وراء معظم هذا النمو، ولكن ميزة العائد المتأصلة في FPV وفوائد الحفاظ على المياه تفتح أسواقًا خارج المناطق المكتظة بالسكان.
لماذا تنتج الطاقة الشمسية العائمة أكثر من الطاقة الأرضية؟
الماء يبرد الوحدات. تفقد الألواح الشمسية حوالي 0.35-0.45% من إنتاجها لكل درجة مئوية فوق درجة حرارتها المقدرة (25 درجة مئوية). في المناخات الحارة - الشرق الأوسط وجنوب وجنوب شرق آسيا وآسيا الوسطى - تصل درجات حرارة الوحدات المثبتة على الأسطح والأرض في كثير من الأحيان إلى 55-70 درجة مئوية في الأيام المشمسة، مما يتسبب في فقدان الطاقة الحرارية بنسبة 10-20%. تظل الوحدات العائمة على الماء أكثر برودة بدرجة حرارة تتراوح بين 3 و8 درجات مئوية بسبب التبريد التبخيري من سطح الماء. على مدار عام كامل في مناخ حار، يمكن أن يضيف تأثير التبريد هذا ما بين 5 إلى 15% إلى التوليد السنوي مقابل الأنظمة الأرضية المماثلة.
وهناك Utility إضافية: تقوم مصفوفات FPV بتظليل سطح الماء، مما يقلل من التبخر من الخزانات بنسبة 30-70%. وفي المناطق التي تعاني من ضغوط مائية (منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا وآسيا الوسطى)، لا تعد هذه Utility إضافية بسيطة - فهي يمكن أن تقلل من فقدان التبخر السنوي من خزان مساحته كيلومتر مربع واحد بمئات الآلاف من الأمتار المكعبة سنويا.
أنواع الهياكل العائمة
يطفو عائم HDPE
تعد أنظمة البولي إيثيلين العائمة عالية الكثافة هي هيكل FPV الأكثر شيوعًا على مستوى العالم. تتصل العوامات البلاستيكية الفردية لتشكل منصة مستمرة، مع وحدات مثبتة على قضبان من الألومنيوم في الأعلى. HDPE مقاوم للأشعة فوق البنفسجية، وخامل كيميائيًا، وقد ثبت وجوده في المياه العذبة لأكثر من 20 عامًا. يتيح التصميم المعياري سهولة التوسع والنقل. تستخدم معظم الأنظمة في جنوب شرق آسيا والهند طوافات HDPE.
إطار فولاذي يطفو
تُستخدم هياكل الإطارات الفولاذية أو المجلفنة ذات العوامات المخصصة في المشاريع الأكبر حجمًا وفي المياه المالحة أو البيئات قليلة الملوحة حيث قد يكون لطوافات HDPE مخاوف بشأن المتانة على المدى الطويل. تسمح القوة الهيكلية الأعلى بمقاطع مصفوفة أكبر ومقاومة أفضل للرياح، ولكن تتطلب تكلفة أعلى وإدارة التآكل.
اعتبارات التصميم الرئيسية
- الإرساء والرسو: يجب تثبيت صفائف FPV لمنع انجراف الرياح والأمواج. تشمل الطرق الشائعة المراسي الخرسانية على قاع الماء، أو التثبيت المحيطي بالشاطئ، أو الجمع بين ذلك. يجب أن يسمح نظام الإرساء بتغير مستوى المياه (الموسمي أو المد والجزر) - عادةً ما يتراوح بين 2-5 متر للخزانات، وما يصل إلى 10+ متر للخزانات المائية التي يتم ضخها.
- الكابلات البحرية: يجب أن تكون جميع كابلات التيار المستمر والتيار المتردد التي تتلامس مع الماء أو الرطوبة العالية ذات تصنيف بحري. لم يتم تصميم الكابل الكهروضوئي القياسي (TUV 2 PfG 1169) للاتصال المستمر بالمياه. مطلوب كابل غاطس أو كابل بحري مدرع للتشغيل تحت خط الماء.
- موقع العاكس: يجب وضع العاكسات على الأرض أو على منصة جافة مخصصة عند حافة المصفوفة، وليس على الهيكل العائم حيث تكون الرطوبة والتدوير الحراري شديدين.
- أحمال الرياح والأمواج: يجب أن تكون المصفوفات مصممة لأقصى سرعة للرياح وارتفاع الأمواج في الموقع. في الخزانات المفتوحة التي يزيد جلبها عن 1 كم، يمكن أن يتجاوز ارتفاع الأمواج 0.5 متر أثناء العواصف - يجب أن تتعامل الوصلات العائمة وكابلات الإرساء مع هذه الأحمال الديناميكية.
- إدارة الطيور والطحالب: تجذب مصفوفات FPV الطيور التي تبحث عن الظل في الأيام الحارة. تعتبر فضلات الطيور مصدرًا كبيرًا للتلوث - حيث يؤثر ارتفاع المجموعة فوق الماء (عادةً 0.5-1.0 متر) على إمكانية الوصول. يعتبر نمو الطحالب على الطوافات أمرًا مزعجًا من الناحية التجميلية ولكنه لا يؤثر عادةً على السلامة الهيكلية.
مقارنة التكلفة: FPV مقابل التثبيت الأرضي
تكلف أنظمة FPV ما يقرب من 15-25٪ أكثر من أنظمة التثبيت الأرضية المكافئة. قد يكلف المشروع الأرضي بقدرة 1 ميجاوات ما بين 650.000 إلى 750.000 دولار أمريكي؛ سيكون مشروع FPV المكافئ 750.000-950.000 دولار. ينقسم القسط تقريبًا إلى:
- الهيكل العائم والرسو: +80,000-120,000 دولار/ميغاواط
- الكابلات البحرية والكهربائية: +20.000-40.000 دولار لكل ميجاواط
- التركيب المتخصص (الوصول البحري، السلامة): +30.000-50.000 دولار لكل ميغاواط
ويتم تعويض هذه العلاوة جزئيًا من خلال العائد الأعلى (5-15٪ زيادة في التوليد لكل ميجاواط) والأهم من ذلك، من خلال تجنب تكاليف حيازة الأراضي أو استئجارها - والتي يمكن أن تكون كبيرة في الأسواق الحضرية التي تعاني من ندرة الأراضي.
المسطحات المائية المناسبة
- الأفضل: خزانات الري، وبرك معالجة المياه، وبرك التبريد الصناعية، وبرك تربية الأحياء المائية، وبحيرات المحاجر - مياه هادئة، وإمكانية التحكم في الوصول، والشبكة الحالية القريبة
- جيد: الخزان المائي العلوي / السفلي الذي يتم ضخه (يتطلب الاختلاف الكبير في مستوى المياه تصميمًا خاصًا للرسو)
- تحدي: البحيرات والأنهار المفتوحة – حركة الأمواج، ومستويات المياه المتفاوتة، إذا سمحت البيئة بذلك
- غير مناسب بشكل عام: البيئات البحرية/الساحلية، وخزانات مياه الشرب مع ضوابط صارمة للوصول إليها، والمسطحات المائية التي تشهد حركة مرور كبيرة للقوارب
توقعات السوق العالمية
كانت كوريا الجنوبية واليابان رائدة في مجال FPV التجاري. ويستهدف برنامج FPV المتسارع في الهند 10 جيجاوات بحلول عام 2030. وتمتلك أسواق جنوب شرق آسيا - فيتنام، وتايلاند، وإندونيسيا - مشاريع قيد التنفيذ سريعة النمو. يبرز الشرق الأوسط كسوق ذو إمكانات عالية لمركبات FPV في أحواض تحلية المياه وخزانات الري، حيث تكون Utility الحفاظ على المياه هي المحرك الأساسي إلى جانب توليد الطاقة.