Systems of solar cell panels installed on a structure that floats on a body of water
Плавающая фотоэлектрическая установка на оросительном пруду
Плавающие солнечные батареи или плавающие фотоэлектрические батареи (FPV), иногда называемые плавающими батареями , представляют собой солнечные панели, установленные на конструкции, которая плавает на водоеме, обычно в водоеме или озере, таком как резервуары с питьевой водой, карьерные озера, оросительные каналы или очистные и хвостохранилища. . [1] [2] [3] [4] [5]
Системы могут иметь преимущества перед фотоэлектрическими (PV) на суше. Водные поверхности могут быть дешевле, чем стоимость земли, и существует меньше правил и положений для сооружений, построенных на водоемах, не используемых для отдыха. Анализ жизненного цикла показывает, что FPV на основе пены [6] имеют одни из самых коротких сроков окупаемости энергии (1,3 года) и самое низкое соотношение выбросов парниковых газов к энергии (11 кг CO 2 экв/МВтч) среди солнечных фотоэлектрических технологий на основе кристаллического кремния. [7]
Плавающие массивы могут обеспечить более высокую эффективность, чем фотоэлектрические панели на суше, поскольку вода охлаждает панели. Панели могут иметь специальное покрытие для предотвращения ржавчины и коррозии. [8]
Рынок этой технологии возобновляемой энергетики быстро растет с 2016 года. Первые 20 электростанций мощностью в несколько десятков кВт-пик были построены в период с 2007 по 2013 год. [9] Установленная мощность выросла с 3 ГВт в 2020 году до 13 ГВт в 2022 году. [10] превысив прогноз в 10 ГВт к 2025 году. [11] По оценкам Всемирного банка, существует 6600 крупных водоемов, пригодных для установки плавучих солнечных батарей, с технической мощностью более 4000 ГВт, если 10% их поверхностей будут покрыты солнечными панелями. [10]
Затраты на плавучую систему примерно на 10-20% выше, чем на наземные системы. [12] [13] [14] По словам исследователя Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), это увеличение связано, прежде всего, с необходимостью в системах крепления для закрепления панелей на воде, что способствует тому, что плавучие солнечные установки становятся примерно на 25% дороже, чем наземные. [15]
Производство энергии из плавучих солнечных фотоэлектрических источников резко возросло во второй половине 2010-х годов и, по прогнозам, будет расти в геометрической прогрессии в начале 2020-х годов. [16]
Граждане США, Дании, Франции, Италии и Японии были первыми, кто зарегистрировал патенты на плавучие солнечные батареи. В Италии первый зарегистрированный патент на фотоэлектрические модули на воде датируется февралем 2008 года. [17]
В мае 2008 года винодельня Far Niente в Оквилле, Калифорния, установила 994 солнечных фотоэлектрических модуля общей мощностью 175 кВт на 130 понтонов и спустила их на оросительный пруд винодельни. [9] [19] В течение следующих семи лет было построено несколько небольших плавучих фотоэлектрических ферм. Первая электростанция мощностью в мегаватт была введена в эксплуатацию в июле 2013 года в Окегаве , Япония .
В 2016 году компания Kyocera построила крупнейшую на тот момент в мире ферму мощностью 13,4 МВт на водохранилище над плотиной Ямакура в префектуре Тиба. [20] с использованием 50 000 солнечных панелей. [21] [22] Завод в Хуайнане , открытый в мае 2017 года в Китае, занимает площадь более 800 000 м2. 2 на бывшем карьерном озере, способном выдавать до 40 МВт . [23]
Также строятся устойчивые к соленой воде плавучие фермы для использования в океане. [24]
Плавающие солнечные панели становятся все популярнее, особенно в странах, где занятость земель и законодательство о воздействии на окружающую среду препятствуют развитию возможностей производства возобновляемой энергии.
Глобальная установленная мощность превысила 1 ГВт в 2018 году и достигла 13 ГВт в 2022 году, в основном в Азии. [10] Один разработчик проекта, Baywa re, сообщил о запланированных проектах мощностью еще 28 ГВт. [10]
Процесс строительства плавучей солнечной электростанции включает в себя установку якорей и швартовных тросов, которые крепятся к водному дну или берегу, сборку поплавков и панелей в ряды и секции на берегу, а затем подтягивание секций на лодке к швартовным тросам и их фиксацию на месте. [14]
Отсутствие занятия земли . Основное преимущество плавучих фотоэлектрических установок заключается в том, что они не занимают никакой земли, за исключением ограниченных площадей, необходимых для подключения электрического шкафа и сети. Их цена сопоставима с наземными электростанциями, но флоат-электрические системы обеспечивают хороший способ избежать потребления земли . [25]
Установка, вывод из эксплуатации и техническое обслуживание : Плавучие фотоэлектрические установки более компактны, чем наземные, управление ими проще, а их строительство и вывод из эксплуатации не представляют сложностей. Суть в том, что не существует фиксированных конструкций, подобных фундаментам наземных электростанций, поэтому их установка может быть полностью обратимой. Кроме того, панели, установленные на водоемах, требуют меньшего обслуживания, особенно по сравнению с установкой на земле с пыльной почвой. Поскольку перед перемещением на место массивы собираются в одной береговой точке, установка может быть быстрее, чем наземные массивы. [10]
Сохранение воды и качество воды: Частичный охват водных бассейнов может снизить испарение воды. [26] Этот результат зависит от климатических условий и от процента покрытой поверхности. В засушливом климате, например, в некоторых частях Индии, это является важным преимуществом, поскольку сохраняется около 30% испарения с покрытой поверхности. [27] В Австралии этот показатель может быть выше, и это очень полезная функция, если бассейн используется для орошения. [28] [29] Сохранение воды за счет FPV существенно и может быть использовано для защиты исчезающих конечных природных озер. [30] и другие водоемы с пресной водой. [31]
Повышенная эффективность панели за счет охлаждения: охлаждающий эффект воды рядом с фотоэлектрическими панелями приводит к выигрышу энергии в диапазоне от 5% до 15%. [6] [32] [33] [34] Естественное охлаждение можно усилить за счет слоя воды на фотоэлектрических модулях или путем их погружения в воду, так называемую SP2 (погружную фотоэлектрическую солнечную панель). [35]
Отслеживание: большие плавучие платформы можно легко вращать по горизонтали и вертикали, чтобы обеспечить отслеживание Солнца (аналогично подсолнухам). Перемещение солнечных батарей потребляет мало энергии и не требует сложных механических устройств, таких как наземные фотоэлектрические установки. Оснащение плавучей фотоэлектрической установки системой слежения требует небольших дополнительных затрат, а выигрыш в энергии может варьироваться от 15% до 25%. [36]
Контроль окружающей среды: Цветение водорослей , серьезная проблема в промышленно развитых странах, может уменьшиться, если покрыто более 40% поверхности. [37] Покрытие водных бассейнов уменьшает количество света под поверхностью, уменьшая фотосинтез и рост водорослей. Активный контроль загрязнения остается важным для управления водными ресурсами. [38]
Использование площадей, уже эксплуатируемых человеком : Плавающие солнечные электростанции могут быть установлены над искусственно созданными водными бассейнами, такими как затопленные шахтные котлованы. [39] или гидроэлектростанции. Таким образом, можно использовать территории, уже затронутые деятельностью человека, для увеличения воздействия и урожайности данной территории вместо использования других земель.
Гибридизация с гидроэлектростанциями : А : Вс. B : Плавающие солнечные панели. С : Инвертор. D : Шкаф электрических соединений. E : электросеть. F : забор воды. G : канал нагнетаемой воды. H : корпус насоса/турбины. Я : выписка. Плавучие солнечные батареи часто устанавливаются на существующих гидроэлектростанциях . [40] Это позволяет получить дополнительные преимущества и снизить затраты, например, за счет использования существующих линий электропередачи и распределительной инфраструктуры. [41] FPV обеспечивает потенциально выгодные средства снижения испарения воды в пресных водоемах мира, находящихся под угрозой. Кроме того, на водоемах гидроаккумулирующей электростанции можно установить плавучие фотоэлектрические панели . Гибридизация солнечной фотоэлектрической энергии с гидроаккумулирующей электростанцией выгодна для повышения производительности двух объединенных электростанций, поскольку гидроэлектростанция может использоваться для хранения большого, но нестабильного количества электроэнергии, поступающей от солнечных фотоэлектрических станций, в результате чего водный бассейн действует как батарея. для солнечной фотоэлектрической установки. [42] Например, тематическое исследование озера Мид показало, что если 10% озера будет покрыто FPV, будет сохранено достаточно воды и произведено электричества для обслуживания Лас-Вегаса и Рино вместе взятых. [31] При покрытии 50% FPV обеспечит более 127 ТВт ч чистой солнечной электроэнергии и 633,22 млн м3 электроэнергии. 3 экономии воды, что обеспечит достаточно электроэнергии для вывода из эксплуатации 11% загрязняющих окружающую среду угольных электростанций в США и обеспечения водой более пяти миллионов американцев ежегодно. [31]
Плавающая солнечная батарея представляет собой несколько проблем для проектировщиков: [43] [44] [45] [46]
Электрическая безопасность и долговременная надежность компонентов системы . Работая на воде в течение всего срока службы, система должна иметь значительно повышенную коррозионную стойкость и способность к длительной плавучести (резервные, упругие, распределенные поплавки), особенно при установке над солью. вода.
Волны : Плавающая фотоэлектрическая система (провода, физические соединения, поплавки, панели) должна выдерживать относительно более сильные ветры (чем на суше) и сильные волны, особенно в морских или прибрежных установках.
Сложность технического обслуживания . Эксплуатацию и техническое обслуживание, как правило, труднее выполнять на воде, чем на суше.
Сложность плавучей технологии: Плавающие фотоэлектрические панели необходимо устанавливать на плавучих платформах, таких как понтоны или плавучие груши. Эта технология изначально не была разработана для размещения солнечных модулей, поэтому ее необходимо разрабатывать специально для этой цели.
Сложность технологии крепления : Крепление плавающих панелей имеет основополагающее значение, чтобы избежать резких изменений положения панелей, которые могут помешать производству. Технология крепления хорошо известна и признана применительно к лодкам или другим плавучим объектам, но ее необходимо адаптировать к использованию с плавучими фотоэлектрическими станциями. Недавние сильные штормы привели к выходу из строя плавучих систем, и системы крепления необходимо разрабатывать с учетом этих рисков. [47]
^ Р. Каззанига, М. Роза-Клот, П. Роза-Клот и ГМ Тина (2018). «Географический и технический плавучий фотоэлектрический потенциал». Теплоэнергетическая наука . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Цой, Ю.-К. и Н.-Х. Ли (2013). «Эмпирическое исследование эффективности плавучих фотоэлектрических систем по сравнению с наземными фотоэлектрическими системами». Материалы конференции CES-CUBE .
^ Чой, Ю.К. (2014). «Исследование анализа выработки электроэнергии на плавучей фотоэлектрической системе с учетом воздействия на окружающую среду». Межд. Дж. Софтв. англ. Приложение . 8 : 75–84.
^ Р. Каззанига, М. Сику, М. Роза-Клот, П. Роза-Клот, ГМ Тина и К. Вентура (2018). «Плавучие фотоэлектрические установки: анализ эффективности и проектные решения». Обзоры возобновляемых источников энергии и устойчивого развития . 81 : 1730–1741. дои : 10.1016/j.rser.2017.05.269 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Трапани К. и Миллар Б. (2016). «Плавающие фотоэлектрические батареи для энергетики горнодобывающей промышленности: пример озера Макфолдс (огненное кольцо)». Устойчивая энергетика . 35 (3): 898–905. Бибкод : 2016EPSE...35..898T . дои : 10.1002/эп.12275 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Ховард Э. и Шмидт Э. 2008. Контроль испарения с использованием плавучих модулей Rio Tinto на шахте Нортпаркс, Ландлох и NCEA. Публикация 1001858/1 Национального центра инженерии в сельском хозяйстве, USQ, Тувумба.
Р. Каззанига, М. Сику, М. Роза-Клот, П. Роза-Клот, ГМ Тина и К. Вентура (2017). «Плавучие фотоэлектрические установки: анализ эффективности и проектные решения». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 81 : 1730–1741. дои : 10.1016/j.rser.2017.05.269 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Табоада, Мэн; Касерес, Л.; Грабер, Т.А.; Гальегильос, HR; Кабеса, ЛФ; Рохас, Р. (2017). «Солнечная система нагрева воды и фотоэлектрическая плавающая крышка для уменьшения испарения: результаты экспериментов и моделирование». Возобновляемая энергия . 105 : 601–615. doi : 10.1016/j.renene.2016.12.094 . hdl : 10459.1/59048 .
Хо, CJ; Чжоу, Вэй-Лен; Лай, Чи-Мин (2016). «Тепловые и электрические характеристики плавучего фотоэлектрического модуля на водной поверхности, интегрированного с двойными водонасыщенными слоями MEPCM». Прикладная теплотехника . 94 : 122–132. Бибкод : 2016AppTE..94..122H . doi : 10.1016/j.applthermaleng.2015.10.097 .
М. Роза-Клот, ГМ Тина (2017). Моделирование, проектирование и практические примеры погружных и плавающих фотоэлектрических систем . Академическая пресса.
Arc.Ask3.Ru Номер скриншота №: 1b482266ccbebff4950f2b64ef892eb7__1722252720 URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1b/b7/1b482266ccbebff4950f2b64ef892eb7.html Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1: Floating solar - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)