Блестящата инсталация, наречена Протей на древногръцкия бог на морето, е сред първите, които комбинират плаващи слънчеви панели с технология за проследяване на слънцето, предава BBC. Всичко това е в опит да увеличи максимално производството на чисто електричество.
Островът, плаващ в езеро Остворне, намиращо се в югозападна Холандия, е покрит със 180 движещи се слънчеви панели с общ капацитет 73 киловата пикова мощност (kWp). Това е малко количество в свят, който бърза да премине към възобновяема енергия. SolarisFoat, португалската компания, която е изградила Протей, вярва, че малката инсталация може да бъде увеличена. Така ще може да генерира големи количества чиста електроенергия.
Слънчева революция
Плаващите соларни панели нашумяха по цял свят. През последното десетилетие капацитета нараства от 70 MWp през 2015 г. до 1300 MWp през 2020 г. Очаква се пазарът на технологията да расте с 43% годишно през следващото десетилетие. Прогнозата е да достигне 24.5 милиарда долара до 2031 г.
Плаващата слънчева енергия е доста нова опция за възобновяема енергия, но има огромен потенциал в световен мащаб“, казва Томас Рейндъл, заместник-изпълнителен директор на Института за изследване на слънчевата енергия в Сингапур (Seris).
Покриването на само 10% от всички създадени от човека резервоари в света с плаваща слънчева енергия ще доведе до инсталиран капацитет от 20 теравата (TW). Това е 20 пъти повече от глобалния слънчев фотоволтаичен (PV) капацитет днес, според анализ на Seris.
Плаващата соларна технология е сред най-новите тенденции в революционното разширяване на слънчевата фотоволтаична електроенергия през последните години. Фотоволтаичният капацитет се е увеличил 12 пъти през последното десетилетие – от 72 GW през 2011 г. до 843 GW през 2021 г. Технологията сега представлява 3.6% от глобалното производство на електроенергия спрямо 0.03% през 2006 г. Включително при соларните масиви се наблюдава спад на цените, което ги превръща в най-евтиния източник на енергия в света.
Предстоят експанзии в соларната енергия
Капацитетът трябва да достигне шест пъти сегашното количество до 2030 г., за да се върви в посока нетни нулеви емисии, според Международната агенция по енергетика. Геополитиката има роля в нарастващата зависимост от соларна енергия. Европейският съюз предложи мащабно увеличаване на възобновяемата енергия, за да намали зависимостта си от руския петрол и газ след нахлуването на Москва в Украйна. В унисон с масивното разрастване, изследователите продължават да търсят подобрения в соларната технология. Иновацията, която се носи по вода, предлага уникално предимство – не заема земно пространство.
Производството на възобновяема енергия ще навлезе в цял свят. Слънчевите инсталации ще се увеличат много повече върху водата, отколкото на земята. Защо? Защото земята се превръща в много ценен актив”, казва Антонио Дуарте, водещ технически инженер в SolarisFloat.
Това е плюс, особено за страните, изправени пред недостиг на земя. Конвенционалните слънчеви ферми често са критикувани за пространството, което заемат, тъй като то може да се използва за отглеждане на култури за изхранване на нарастващото световно население и дървета, абсорбиращи въглерод. Слънчевата енергия има нужда от огромна площ – поне 40 – 50 пъти повече от въглищните централи и 90 – 100 пъти повече от газа, според изследване на Лайденския университет в Холандия.
Природозащитниците също изразиха загриженост, че наземните слънчеви и вятърни паркове могат да окажат вредно въздействие върху биоразнообразието. Най-вече за тези, които са изградени в богати на видове райони. Изграждането на технология за поглъщане на слънце върху вода е интелигентно решение на проблема. Страни като Япония и Сингапур инвестират сериозно в плаващи ферми поради ограничената наличност на земя, която често е и много-скъпа.
Предимството да не заемаш място
Към този момент по-малко от 1% от слънчевите инсталации в света са плаващи, според Майкъл Уолс, професор в Центъра за технологии за възобновяеми енергийни системи към университета Лафбъроу, Обединеното кралство. Проблемът е породен от технически и финансови ограничения. Солената вода причинява корозия и позиционирането на панели под ъгъл е скъпо и трудно, добавя Уолс. Инсталациите в сладки водоеми могат да се сблъскат с противопоставяне, ако се конкурират с други дейности, като плуване или риболов.
Все пак плаващите слънчеви ферми решават и друг проблем, касаещ конвенционалната слънчева енергия: неефективността, породена от нагорещяване на слънчевите панели. Плаващите слънчеви панели генерират допълнителна енергия поради охлаждащия ефект на водата.
Соларните панели генерират електричество, използвайки лъчи светлина от Слънцето, а не неговата топлина. Когато станат твърде горещи, ефективността им спада. Това е така, защото топлината възбужда електроните на панела, които преобразуват светлината. Фотоволтаичните панели обикновено работят при максимална ефективност между 15°C и 35°C , но могат да станат горещи до 65 °C . Така пада ефективността.
Близостта до водата на плаващата слънчева централа помага на панелите да работят по-ефективно и увеличава производството на електроенергия с до 15%”, казва Нуно Корея, директор на отдела за композитни материали в Института за наука и иновации в машиностроенето и индустриалното инженерство в Порто, който разработи Проекта Протей.
Слънчево проследяване
Има и други методи за увеличаване на производството на енергия от слънчеви панели – например накланянето им, така че да следват пътя на Слънцето в небето. Технологията за проследяване помага да се увеличи общото производство на електроенергия, тъй като панелите постоянно се настройват, за да са обърнати към Слънцето.
Двустранните панели, които проследяват Слънцето, могат да увеличат производството на енергия с 35% и да намалят средната цена на електроенергия с 16% в сравнение с конвенционалните системи, според изследване на Seris. Очаква се търсенето на технологията за проследяване да нараства с 16% годишно между 2022 г. и 2030 г.
Чрез обединяването на двете технологии SolarisFloat казва, че може да увеличи производството на електроенергия с до 40%, в сравнение със статични наземни инсталации.
SolarisFloat създаде Протей като пилотен проект, за да тества тази авангардна технология и да анализира как тя стимулира генерирането на чиста енергия.
Къде може да се приложи иновацията?
Има много подходящи места за системи за проследяване като Протей, но най-вероятните ниши са инсталации в по-високи географски ширини, където няма да има силни ветрове. Те трябва да се избират внимателно, за да се избегне унищожаването на панелите, както и техните системи за закрепване и закотвяне от приливни сили и бурно време.
Системите за проследяване също няма да имат голям ефект близо до Екватора, където панелите са монтирани почти хоризонтално и са обърнати към Слънцето през по-голямата част от деня”, отбелязва Рейндъл.
Добавянето на тракери увеличава капиталовите и разходите за поддръжка на инсталацията. Но печалбите от електроенергия правят тази инвестиция рентабилна, „особено в места със слънчеви пояси“, казва той.
Недостатък на слънчевите масиви за проследяване на слънцето, разположени върху вода, е, че те са трудни за инсталиране, признава Дуарте. „Системите за проследяване на земята обикновено са „закотвени“ към земята чрез стълбове и се движи само платформа с модулите върху стълбовете“, обяснява той.
За да се осигури стабилност на вода, на платформата на Протей са монтирани витла и двигатели за закрепване на панелите.
Остава да се види какви ще бъдат максималните скорости на вятъра и височини на вълните, които системата може да поеме, като същевременно работи безпроблемно и надеждно във времето“, казва Рейндъл.
Екологични предимства
Свързването на технологията за проследяване с плаваща слънчева електроцентрала може да увеличи производството на енергия, но ползите се простират и отвъд това.
Плаващите инсталации охлаждат температурата на водата, като предпазват повърхността от слънцето. Това предотвратява растежа на токсичните синьо-зелени водорасли, които виреят в по-топли води и могат да произведат вредни токсини, които причиняват дразнене на очите и кожата, както и повръщане при хората и сериозно заболяване или дори смърт при животните.
По-ниските температури също предотвратяват изпарението на водата – особено важно предимство в сухите райони, където водата е ценен ресурс. Проучване от 2021 г. установи, че плаващите слънчеви панели на резервоар в Йордания, една от страните с най-голям недостиг на вода в света, намаляват изпарението с 42%, като същевременно произвеждат 425 MWh електроенергия годишно.
Плаващата слънчева енергия има потенциала да осигури така необходимата нисковъглеродна енергия, без да заема земя и като същевременно подобрява състоянието на водните тела“, казва Алона Армстронг, старши преподавател по енергетика и науки за околната среда в университета Ланкастър и съавтор на проучване, изследващо ползите и рисковете за околната среда от плаващите слънчеви ферми.
„Нашето изследване показва, че плаващата слънчева енергия охлажда водното тяло и намалява биомасата на фитопланктона.“
Високите концентрации на биомаса от фитопланктон могат да стимулират растежа на цъфтежа на водораслите.
Има и недостатъци
Плаващите слънчеви панели намаляват периода на стратификация, когато Слънцето нагрява водната повърхност и създава различни слоеве вода с различна температура. Това може да доведе до обезкисляване на долния слой, „причиняващо нежелано повишаване на концентрациите на хранителни вещества и убиване на риба“, отбелязва проучването на Армстронг.
Плаващата слънчева енергия може да причини благоприятни и вредни въздействия върху водното тяло и вероятно комбинация от двете“, казва Армстронг. „Всичко е да се гарантира, че е направено добре и на правилното място.“
Плаващите слънчеви панели също могат да предложат полезни предимства, когато се комбинират с други чисти технологии. От една страна, има „огромна възможност“ за сливане на плаваща слънчева енергия със съществуваща водноелектрическа инфраструктура, казва Рейндл. Това би помогнало за справяне с едно от най-големите предизвикателства на възобновяемата енергия: как да осигурим стабилно захранване при променливи метеорологични условия.
Хидроязовирите са най-големият възобновяем енергиен източник в света. Но в някои райони на света, като Африка, увеличаващите се засушавания, причинени от изменението на климата, могат да застрашат бъдещия им потенциал, предупреди Международната агенция по енергетика. Едно проучване установи, че слънчевите панели, плаващи върху само 1% от хидроенергийните резервоари на Африка, могат да удвоят хидроенергийния капацитет на континента и да увеличат производството на електроенергия от язовири с 58%. Има „силен потенциал“ инсталация като Протей да бъде използвана в комбинация със съществуваща хидроенергийна инфраструктура за увеличаване на производството на електроенергия, казва Дуарте.
С нарастването на търсенето на възобновяема енергия и нарастването на въздействията върху климата, като сушите, SolarisFloat казва, че тяхната технология предлага „печелившо решение“. Високата цена на материалите, като стомана и пластмаса, необходими за изграждането на панелите и сложната инсталация, са основните пречки, които забавят глобалното разпространение на инсталации като Протей.
За да пожъне успех, SolarisFloat не само трябва да демонстрира увеличение на производството на електроенергия, но и да покаже, че първоначалните инвестиции в цялата система и оперативните разходи могат да бъдат поддържани ниски, казва Рейндъл. Все пак изглежда ясно, че бъдещето на плаващата слънчева енергия като цяло е светло.
