Плаващи слънчеви на резервоари

Язовирът е голяма, равна, открита, слънчева повърхност, обикновено вече свързана с пътища, мрежа и, при язовир за водноелектрическа централа, електропровод. Плаващите фотоволтаици (ФПВ) поставят обикновени слънчеви панели върху пластмасови плувки, закотвени на дъното или на бреговете. Тя се е разраснала от шепа пилотни проекти в киловатов мащаб между 2007 и 2013 г. до централи със стотици мегавати.

Честното резюме: ** плаващите соларни системи работят, са търговски и струват само малко повече от слънчевите на сушата; те печелят там, където земята е оскъдна или ценна и където вече съществува резервоар и връзка към мрежата. Твърдените допълнителни ползи, по-хладните панели и спестената вода са реални, но по-малки и не толкова добре измерени, колкото предполагат брошурите, а бурите и екологията са откритите рискове.

Какво е това?

Плаващата слънчева централа се състои от четири части: панелите и инверторите (същите като на сушата), поплавъци (обикновено полиетиленови понтони с висока плътност, които държат панелите при нисък наклон), пешеходни пътеки за поддръжка, и котви: въжета, вериги и котви или брегови връзки, които държат острова на мястото си, когато водното ниво се покачва и пада и вятърът го бута. Кабели се движат по протежение на плувки до инвертор на брега или на плаваща платформа.

Повечето растения се намират на изкуствена вода: водноелектрически и питейни водоеми, напоителни езера, наводнени кариери и минни ями, лагуни за отпадъчни води. Близкобрежната и офшорната плаваща слънчева енергия в морето е по-нов, много по-труден вариант. The World Bank’s market report counted more than 400,000 km² of man-made reservoirs worldwide.

Как работи

Същите панели, същата слънчева светлина. Плаващият панел произвежда електричество точно както го прави на покрив или поле: мощността е приблизително P = η × A × G, ефективност пъти площ пъти слънчева светлина. Това, което се променя е обкръжението.

Охлаждане. Панелите губят около 0,4% от своята мощност за всеки градус, който се нагрява над 25 °С (вижте Фотоволтаична топлинна енергия за физиката). Температурата на панела се определя от баланс: слънчевата светлина го загрява и вятърът и радиацията го охлаждат. Инженерите пишат това като T_module = T_air + G / U, където U е коефициентът на топлинни загуби във вати на квадратен метър за единица температура. Над водата въздухът е по-хладен и по-влажният, а при отворени дизайни задната част на панела вижда водната повърхност. Полеви изпитвания установиха най-добрите плаващи проекти, повдигнати U с до 22 в сравнение с референтните системи, направи панелите с 3.2 по-хладни в Холандия и 14.5 по-хладни (в сравнение с покривна система) в Сингапур и даде до 3% и 6% повече енергия на година (Дьоренкампер и др., 2021). Дизайните, където плувки покриват водата под панелите, печелят много по-малко.


Изпаряване. Панелите засенчват водата и забавят вятъра над нея, така че по-малко от нея се изпарява. При горещи, сухи водоеми това може да има същото значение като електричеството: Джин и колегите му изчисляват, че в техния 30% сценарий се пестят 106 км³ на година, моделирани, а не измерени.

Мощност на хектар. Плаващите решетки обикновено са с нисък наклон и са плътно натъпкани, така че един хектар вода съдържа приблизително толкова капацитет, колкото един хектар земя, около 1 MW, и произвежда подобна енергия. Цирата в Индонезия побира 192 MWp на около 200 хектара (Jakarta Post, 2023).

Хибрид с водноелектрически двигател. На хидроелектрически резервоар, слънчевата енергия може да използва същата мрежова връзка и да остави язовира да задържа вода в слънчеви дни, за да я освободи през нощта: резервоарът се превръща в батерия за слънчевата централа.


Ограниченията

Теоретично. Плаващият панел не променя слънчевата светлина: плаващият панел прави в най-добрия случай няколко процента повече от същия панел на сушата. Глобалният потенциал е голям, но ограничен от това колко от всеки резервоар може да бъде покрит без да му навреди. Проучването на Джин и др. ограничава всеки резервоар до 30% и 30 km².

Практически.

• Вятър, вълни и водни нива. Швартовките трябва да издържат на остров от панели през бури и водни нива, които могат да се колебаят с десетки метра. През април 2024 г. буря с ветрове от около 50 км/ч силно повреди новозавършената 88-мегаватова електроцентрала Индавади, част от плаващия соларен парк в Индия (Таймс ъф Индия, 2024).
• Цена. Плувки, котви и морски връзки струват повече от земни рамки; референтната премия в САЩ е около 25% (Рамасами и Марголис, 2021).
• Поддръжка. Всичко е достъпно с лодка или пешеходна пътека; птичият тор, водораслите и биообрастванията се нуждаят от почистване; електрическата безопасност близо до водата се нуждае от грижи.
• Екология. Покриването на водата намалява смесването на светлината и вятъра. Систематичното проучване установи възможните ефекти върху температурата на водата, кислорода, водораслите и рибите; заинтересованите страни оцениха намаленото изпаряване като най-голямата възможност и промените в химията на водата, включително обезкислородяването, като най-голямата заплаха. Само 15 % от анкетираните оператори изобщо са тествали качеството на водата (Ексли и др., 2021).
• Други потребители на сайта. Компаниите за питейна вода, лодкарите, риболовците и природните резервати имат думата по отношение на повърхността.


Реални проекти, измерени

Проект	Какво е това?	Какво е било измерено или докладвано	Източник
Плаващи фотоволтаични изпитателни площадки в Холандия и Сингапур	Няколко плаващи конструкции до земята и покривни референтни системи, със сензори за температура и облъчване	Best floating systems 3.2 °C (Netherlands) and 14.5 °C (Singapore) cooler, weighted by sunlight; heat-loss coefficient up to 22 W/m²K higher; up to 3% and 6% more yield	Дьоренкъмпер и др., 2021
Язовир Тенгех, Сингапур (2021)	60 МВт на водохранилище за питейна вода, управлявано от Националната агенция по водите	Открита през юли 2021 г. като една от най-големите плаващи инсталации за вътрешни води по това време	Страйтс таймс, 2021
Цирата, Западна Ява, Индонезия (2023 г.)	192 MWp, about 340,000 panels, on a hydropower reservoir	Expected to supply about 50,000 households; reported cost about $100 million (expected output, not yet independently published)	Джакарта Пост, 2023 г.
Омокарешвар, Мадхья Прадеш, Индия (2024)	Няколко централи на язовирните води, включително 88 MW в Индавади	Буря през април 2024 г. причини “големи загуби” на панелите седмица след като заводът започна да работи	Таймс ъф Индия, 2024
Световен пазар	От около 1,1 в средата на 2018 г. до приблизително 13 до 2022 г., предимно в Азия	Оценки на промишлеността	Световна банка, 2018 г.; Блумбърг, 2023 г.

Както се посочва в доклада на Световната банка, предимствата от производителността “все още трябва да бъдат потвърдени от по-големи инсталации, в множество географски райони и с течение на времето”. Големите оператори рядко публикуват измерените добиви, качеството на водата или щетите от бурята, което е най-голямата празнина в доказателствата.

Изглед от космоса на западен Лондон: два големи резервоара, единият с тънка сива ивица от плаващи панели, криволичещата река Темза и Буши Парк. “Резервуарът на кралица Елизабет II в западен Лондон, видян от Международната космическа станция. The thin grey strip is a floating solar farm of more than 23,000 panels (6.3 MW), built in 2016 to help power Thames Water’s treatment and pumping works. Снимка: NASA, обществено достояние”)

Колко струва

Опция	Разходи	Година и източник
Плаваща фотоволтаична централа, 10 САЩ	$1.29 per W installed against $1.03 на земята; цената на електричество около $0.057 per kWh against $0.047 на земя (без данъчни кредити)	2021, НРЕЛ, Рамасами и Марголис
Плаваща фотоволтаична централа, 50 МВт	5,6 щатски цента за кВтч срещу 5,0 на сушата при 7% дисконтна ставка; капиталова цена $0.8 to $1,2 на Вт през 2018 г.	2018, Световна банка, СЕРИС
Комунална слънчева енергия на сушата, САЩ	$0.04 to $0,10 на kWh	юни 2026 г., Лазард версия 19
Сравнителен анализ: слънчеви панели на покрива на сграда	около $0.19 на кВтч, централно	н Модел на вентилаторна стена
Търговски и обществени соларни покриви, САЩ	$0.09 to $0,20 на kWh	юни 2026, Лазард

Какво казва таблицата: плаващите слънчеви системи струват около 10 до 20% повече на кВтч отколкото слънчевите системи на сушата и много по-малко от слънчевите системи на типичен покрив. Когато земята е скъпа, защитена или просто не е налична в близост до мрежата, тази премия е малка. Проучването установи, че разходите са най-чувствителни към цената на поплавъците, натоварванията от вятър и сняг и ефективността на модулите.

Къде може да спечели и къде не може

Тя може да спечели:

• Пренаселени страни и острови където земята е оскъдна: Сингапур, Япония, Южна Корея, Холандия, голяма част от Южна и Югоизточна Азия.
• Водноелектрически язовир, където съществува мрежова връзка и водата може да бъде задържана, докато слънцето грее.
• Наводнени кариери, минни ями и промишлени езера които нямат друга употреба.
• Горещи, сухи региони където водата, загубена при изпаряване, е скъпа и печалбата от охлаждане е най-голяма.
• Водоснабдителни дружества които могат да захранват собствените си помпени и пречиствателни станции от собствените си резервоари.


Тя не може да спечели:

• Където земята е евтина и изобилна. Една слънчева ферма на сушата обикновено е по-евтина и по-проста.
• На езера, богати на дива природа или използвани за отдихосвен ако екологичните доказателства не казват, че малко покритие е безвредно.
• В открита, бурна вода без скъпи котви и офшорни зони без инженерен скок.
• Като голям нов източник на вода. Спестяванията от изпарения са реални, но моделирани; те помагат, но не създават нова река.

Какво е доказано, правдоподобно и спекулативно

Доказано: че плаващи централи със стотици мегавати могат да бъдат построени и експлоатирани; че те струват малко повече от слънчевите на сушата; че водно охлаждане добавя няколко процента добив при открити проекти; че бурите могат да повредят лошо закотвени централи.

Вероятно: че покриването на умерен дял от водоеми може да намали значително изпарението, както е моделирано; че комбинираната работа на слънчевата и водноелектрическата енергия добавя стойност чрез използването на водоема като съхранение; че засенчването може да намали вредните цъфтежи на водорасли в някои водоеми.


Спекулативна: че глобалният потенциал в хиляди терават-часа е практичен, след като се вземат предвид екологията, използването на вода и мрежите; дългосрочното (25 години) поведение на плавателните съдове и котвите при слънчева светлина и вода; че плаващите соларни системи в открито море могат да бъдат достъпни.

Отворени изследователски въпроси

• Какво прави покритието от 10, 30 или 50% за кислорода, температурното разслояване, водораслите и рибата в различни видове езера, измерени през годините?
• Колко изпарения се спестяват на практика, измерени с водни баланси, а не с модели?
• Колко дълго издържат поплавъците на ултравиолетова светлина и отделят ли микропластика или химикали в питейната вода?
• Какви конструкции за швартовка оцеляват при екстремни бури и големи колебания на нивото на водата на разумна цена?
• Как най-добре да управлявате заедно слънчевата и водноелектрическата енергия, така че и двете да печелят повече?

От какво би се нуждаел един работещ прототип

За нова идея за плаваща конструкция (по-добра поплавъчна система, закотвяне, метод на охлаждане или екологичен дизайн), работещият модел е малък масив върху реална вода, измерван до референтна точка на сушата.

Фаза	Работа	Какво доказва това	Груба цена	Време
0. Проектно проучване	Натоварвания от вятър, вълни и ниво на водата, проектиране на плавателни съдове и котви, прост термичен модел	Дизайнът оцелява бурите на сайта на хартия	$10k to $30к.	2 до 3 месеца
1. Изпитвателен сал	5 до 20 кВт на езерце или резервоар до идентичен сухопътен масив, температури на модула, изходна мощност, данни за вятъра и водата, една година	Измерено увеличение на добива, температури, ранно износване	$40k to $120k	12 месеца
2.Екология и устойчивост	Вземане на проби от качеството на водата под и извън саловете, стареене на плувки и закотвяне на товари през бурен сезон	Въздействие върху околната среда и оцеляване	$50k to $150k	1 до 2 години (припокриване)
3. Пилотно съоръжение	0,5 до 2 МВт със собственик на водоема, разрешителни, мрежова връзка	Банков дизайн	Зависи от размера	1 до 2 години


Фазите от 0 до 2 струват приблизително $100,000 to $300,000. Това са нашите оценки, а не цитати.

От кого се нуждаем

• Морски архитект или офшорен инженер за поплавъци, швартовки и бури.
• Инженер по фотоволтаични системи за електрически дизайн и безопасност в близост до вода.
• Лимнолог (сладководен еколози) да се разработи мониторинг на качеството на водата и дивата природа.
• Хидролог за измерване на изпарението и водния баланс.
• Собственик на резервоар или водоснабдителна компания, желаещи да бъдат домакин на тестов сал.
• Специалист по полимерите за изпитване на стареене и извличане на поплавъка.

Имате по-добра идея?

Може би имате по-евтин плувец, по-интелигентен швартовен механизъм, дизайн, който охлажда панелите по-добре или такъв, който защитава живота на езерото. Някои членове на Local Solar System Фондацията може да има контакти, които биха могли да чуят за силна енергийна идея. За да бъде представена, една идея се нуждае от работещ модел в реалния живот, който действително произвежда енергия, измерена на инструмент, а не заявена. Идеи на хартия също са добре дошли: ако физиката и числата са солидни, можем да ги публикуваме тук в сайта. Набирането на капитал без работещ модел е много трудно и не можем да обещаем финансиране, възвръщаемост или въвеждане.

За плаващи слънчеви панели, най-евтиното измерване, което се счита за работен модел е малък сал от панели на езерце до идентичен комплект на сушата, и двата измерени, с температурите на модула записани през поне едно лято. Това показва дали печалбата от охлаждането е реална за вашия дизайн. Изпратете го чрез Форма за участие, и да го сравните с други идеи на Радар за идеи. Свързани страници: агроволтаични системи споделя земеделска земя вместо вода, и малка и вътретръбна хидро взема енергия от водата, която вече тече.

Източници

1. Цветанов, С., Цветанов, А., Цветанов, Д. (2023). Производство на енергия и пестене на вода от плаващи слънчеви фотоволтаици върху глобални водоеми. Природна устойчивост 6, 865-874.
2. Дъренкъмпер, М., Вахид, А., Кумар, А. и др. (2021). Охлаждащият ефект на плаващите фотоволтаични системи в две различни климатични зони: сравнение на данни от полеви изпитвания в Холандия и Сингапур. Слънчева енергия 214, 239-247.
3. Рамасами, В. и Марголис, Р. (2021). Floating photovoltaic system cost benchmark: Q1 2021 installations on artificial water bodies. NREL/TP-7A40-80695.
4. Световна банка, ESMAP и SERIS (2018). Където слънцето среща водата: доклад за плаващия пазар на соларни енергийни източници, резюме.
5. Пейдж, Т., Хернандез, Р.Р., Ексли, Г. и др. (2021). Оценка, основана на научни доказателства и доказателства от заинтересованите страни: отговорът на екосистемата към плаващите слънчеви фотоволтаични системи и последиците за устойчивостта. Възобновяема и устойчива енергия Ревюта 152, 111639.
6. Ember (2025). Global Electricity Review 2025: low-carbon sources 40.9% (12,609 TWh) of world electricity in 2024, implying a total of about 30,800 TWh.
7. Чонг, Дж. (2021). Първата мащабна плаваща слънчева ферма в Сингапур се открива на резервоара Тенге. The Straits Times, 14 July 2021.
8. AFP (2023). Джокови откри най-голямата плаваща слънчева ферма в Югоизточна Азия. The Jakarta Post, 9 November 2023.
9. Times of India (2024). Буря повреди най-голямата плаваща слънчева електроцентрала в света, 12 април 2024 г.
10. Bloomberg (2023). Плаващи слънчеви панели превръщат стари индустриални обекти в златни мини за зелена енергия, 3 август 2023 г.
11. Лазар (юни 2026). Изравнена цена на енергията + версия 19.
12. Local Solar System Фондация (2020, модел актуализиран 2026). Стената на фена: отворен модел, слънчева базова линия на покрива.
13. Харви, Ф. (2016). Най-голямата плаваща слънчева ферма в света е готова за експлоатация. Посетен на 29 февруари 2016. ((en)) The Guardian, Queen Elizabeth II Reservoir.