نیروگاههای خورشیدی شناور، راهکاری هوشمندانه برای تولید انرژی پاک بر بستر دریاچهها و سدها هستند که با کاهش تبخیر آب و بهرهگیری از سیستم خنککنندگی طبیعی، بازدهی بالاتری نسبت به نمونههای زمینی دارند. این فناوری ضمن حفظ اراضی ارزشمند، از فضاهای آبی بلااستفاده برای تأمین برق پایدار و حفظ منابع حیاتی آب در مناطق خشک بهره میبرد.
نیروگاههای خورشیدی شناور (Floating Photovoltaics که به اختصار FPV نامیده میشوند)، نسل جدیدی از سیستمهای انرژی تجدیدپذیر هستند که به جای زمینهای کشاورزی یا کویری، بر روی سطح آب مستقر میشوند. این پنلها بر روی سازههای شناور پلیمری نصب شده و معمولاً در آبهای آرام مانند دریاچههای پشت سدها، تالابهای مصنوعی یا حوضچههای تصفیه پساب قرار میگیرند. این رویکرد به ویژه برای کشورهایی که با محدودیت زمین یا تراکم بالای جمعیت روبرو هستند، یک راهکار استراتژیک محسوب میشود.
نیروگاههای خورشیدی شناور (Floating Solar PV - FPV) به عنوان یکی از نوآوریهای جدید در حوزه انرژی تجدیدپذیر، میتوانند راهحلی مؤثر برای کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی و بهبود دسترسی به انرژی پاک و پایدار ارائه دهند. این فناوری با قرار دادن پنلهای خورشیدی بر روی آبهای آزاد، بهرهوری انرژی را افزایش میدهد و در عین حال مشکلات زمینهای خشک و مسیرهای مناسب را به حداقل میرساند. در این مقاله به بررسی ساختار، مزایا، چالشها و آینده نیروگاههای خورشیدی شناور خواهیم پرداخت.
یکی از بزرگترین مزایای فنی این نیروگاهها، اثر خنککنندگی آب است. پنلهای خورشیدی در اثر گرما دچار افت بازدهی میشوند، اما مجاورت با سطح آب دمای آنها را پایین نگه داشته و بهرهوری انرژی را تا ۱۵ درصد نسبت به نیروگاههای زمینی افزایش میدهد. همچنین، این سازهها با پوشاندن سطح آب، میزان تبخیر سطحی را به شدت کاهش داده و مانع از رشد بیرویه جلبکها میشوند که این موضوع در مناطق خشک و نیمهخشک، کمکی بزرگ به حفظ منابع آبی است.
از سوی دیگر، طراحی این نیروگاهها نیازمند مهندسی دقیق برای مقابله با چالشهایی نظیر رطوبت بالا، خوردگی و نوسانات سطح آب است. سیستمهای مهارکننده (Mooring) باید به گونهای طراحی شوند که در برابر بادهای شدید و امواج مقاوم باشند. با وجود چالشهای فنی، ترکیب این نیروگاهها با سدهای برقآبی (سیستمهای هیبریدی) بسیار محبوب شده است؛ زیرا میتوان از زیرساختهای انتقال برق موجود در سد استفاده کرد و در زمانهای ابری، با استفاده از توربینهای آبی، نوسان تولید برق خورشیدی را جبران نمود.
ساختار و کارکرد نیروگاههای خورشیدی شناور
نیروگاههای خورشیدی شناور معمولاً از پنلهای خورشیدی، سیستمهای حمایت و پلتفرمهای شناور تشکیل شدهاند. این پاور استیشنها به شکل یک شبکهبندی گسترده بر روی سطح آبها قرار میگیرند و به دو شکل عمده طراحی میشوند:
-
پلتفرمهای شناور پیشساخته: این نوع دارای ساختارهای آماده هستند که به سرعت بر روی آب نصب میشوند و نیاز به زیرساخت عظیم ندارد.
-
سیستمهای سفارشی: این طرحها معمولاً بهمنظور انطباق با شرایط خاص بومی و جغرافیایی طراحی شده و ممکن است ویژگیهای سمتساز و مشخصات فنی متفاوتی داشته باشند.
مزایای نیروگاههای خورشیدی شناور
1. بهرهوری انرژی بالا
کاهش دما: پنلهای خورشیدی شناور به دلیل تماس با آب، دما را کاهش میدهند و این موضوع موجب افزایش کارایی آنها میشود. در شرایطی که پنلها در معرض سرمای آب قرار میگیرند، انرژی بیشتری تولید میکنند.
استفاده بهینه از فضا: این نیروگاهها طیف وسیعی از آبها را به محیطی برای تولید انرژی تبدیل میکنند و از زمینهای محدود جلوگیری میکنند. این کار به ویژه در مناطقی با جمعیت بالا و کمبود زمین میتواند مؤثر باشد.
2. کاهش تبخیر آب و آلودگی
قرار دادن پنلهای خورشیدی بر روی سطح آب، به کاهش تبخیر آب کمک میکند، به ویژه در سدها و دریاچهها. این امر میتواند به管理 منابع آب و جلوگیری از آلودگیهای زیستمحیطی کمک کند.
3. پایدار و کمهزینه
نیروگاههای خورشیدی شناور دارای عمر مفید طولانی و هزینههای نگهداری پایین هستند. همچنین، با توجه به عدم نیاز به زیرساختهای زمین، میزان هزینههای اولیه نیز کاهش مییابد.
چالشها و موانع
-
تأمین زیرساختها: در حالی که استقرار نیروگاههای خورشیدی شناور به سرعت انجام میشود، ولی تأمین زیرساختهای مناسب برای نصب و نگهداری این سیستمها، به ویژه در آبهای عمیق و دور از دسترس، یکی از چالشهای پیش رو است.
-
تأثیرات زیستمحیطی: هرچند که این نوع نیروگاهها به طور کلی کمتر از نیروگاههای زمینی تأثیرات منفی بر محیط زیست دارند، اما ممکن است بر روی اکوسیستمهای آبی تأثیر بگذارند، از جمله ایجاد سایه بر روی آب و تأثیر بر حیات آبزیان.
-
مسائل فنی: استفاده از تجهیزات خاص و مقاوم در برابر رطوبت و نمک آب دریا به هزینههای سرمایهگذاری افزوده و ممکن است فناوریهای جدیدی را برای راهاندازی این سیستمها مورد نیاز کند.
آینده نیروگاههای خورشیدی شناور
با توجه به روند جهانی افزایش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، انتظار میرود که نیروگاههای خورشیدی شناور در سالهای آینده به یکی از گزینههای کلیدی در تولید انرژی پاک تبدیل شوند. سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه این فناوری و همچنین ایجاد همکاریهای بینالمللی برای اجرای پروژههای بزرگ مقیاس میتواند به تسریع رشد این نوع نیروگاهها کمک کند. نیروگاههای خورشیدی شناور پتانسیل واقعی برای تجربه گذشتهاند و بهعنوان یک راهحل اقتصادی و پایدار در کنار دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر، میتوانند آیندهای روشن را برای بشر فراهم آورند.
آینده نیروگاههای خورشیدی شناور به سمت تسخیر پهنههای آبی عظیمتر و حتی اقیانوسها (Offshore FPV) در حال حرکت است تا با چالش کمبود زمین در کشورهای پرجمعیت مقابله کند. پیشبینی میشود تا سال ۲۰۳۰، ظرفیت جهانی این نیروگاهها به بیش از ۱۰ گیگاوات برسد و فناوریهای نوظهوری مانند پنلهای دوطرفه (Bifacial) — که نور بازتابیده از سطح آب را نیز جذب میکنند — و سیستمهای ردیاب خورشیدی شناور (Solar Trackers) که بازدهی را تا ۲۵ درصد دیگر افزایش میدهند، به استانداردهای این صنعت تبدیل شوند. علاوه بر این، ادغام این نیروگاهها با مزارع بادی فراساحلی و استفاده از هوش مصنوعی برای نگهداری پیشبینانه و رباتهای خودکار جهت پاکسازی پنلها، هزینههای عملیاتی را به شدت کاهش داده و این پدیده را به ستون فقرات شبکه برق سبز در مناطق ساحلی تبدیل خواهد کرد.