Su depolarında yüzen güneş

Baraj, genellikle yollara, bir şebekeye ve hidroelektrik barajında bir elektrik hattına bağlanmış büyük, düz, açık, güneşli bir yüzeydir. Yüzen fotovoltaik (FPV) sıradan güneş panellerini, dibine veya kıyılarına sabitlenmiş plastik yüzücülere koyar. 2007 ve 2013 yılları arasında bir avuç kilovat ölçekli pilottan yüzlerce megavatlık santrallere kadar büyüdü.

Dürüst bir özet: ** yüzen güneş enerjisi ticaridir ve karadaki güneşten sadece biraz daha pahalıdır; arazi az veya değerli olduğunda ve rezervuar ve şebeke bağlantısı zaten mevcut olduğunda kazanır. İddia edilen ek faydalar, daha soğuk paneller ve tasarruf edilen su gerçek olsa da broşürlerde öne sürülenlerden daha küçük ve daha az ölçülmüş durumda. Fırtınalar ve ekoloji ise açık riskler. **

Nedir bu?

Yüzen bir güneş enerjisi santralinin dört parçası vardır: paneller ve invertörler (karadaki gibi), yüzen (genellikle yüksek yoğunluklu polietilen pontonlar panelleri düşük bir eğimde tutar), Yola çıkanlar Beslenme, ve Ankrajlar: İpler, zincirler ve limanlar ya da kıyı bağlantıları adayı su seviyelerinin yükselip düştüğü ve rüzgarın onu ittiği yerde tutar. Kablolar yüzenlerin üzerinde kıyıda veya yüzen bir platformda bulunan bir dönüştürücüye doğru gidiyor.

Çoğu tesis yapay su üzerinde duruyor: hidroelektrik ve içme suyu rezervuarları, sulama havuzları, sel altında kalan madencilik ve maden çukurları, atıksu lagünleri. Denizde kıyı yakınında ve açık denizde yüzen güneş, daha yeni, çok daha zor bir varyanttır. - Ne? Dünya Bankası’nın pazar raporu Dünya çapında 400.000 km²’den fazla insan yapımı rezervuar var.

Nasıl çalışıyor?

Aynı paneller, aynı güneş ışığı. Bir yüzen panel bir çatıda veya tarlada yaptığı gibi elektrik üretir: güç yaklaşık olarak P = η × A × G, verimlilik zaman alanı zaman güneş ışığıdır. Değişen şey çevre.

Soğutma. Paneller, 25 °C’nin üzerindeki her derece için üretimlerinin yaklaşık %0,4’ünü kaybeder (fizik için PV-termal bakınız). Bir panelin sıcaklığı bir denge tarafından belirlenir: güneş ışığı onu ısıtır ve rüzgar ve radyasyon onu soğutur. Mühendisler bunu T_module = T_air + G / U olarak yazarlar, burada U metrekare başına kelvin başına watt’ta ısı kaybı katsayısıdır. Su üzerinde hava daha soğuk ve nemlidir, ve açık tasarımlarda panelin arkası su yüzeyini görür. Saha testleri, referans sistemlerine kıyasla en iyi yüzen tasarımların U 22 W / m²K’ye kadar yükseldiğini buldu, Hollanda’da panelleri 3.2 ° C daha soğuk ve Singapur’da 14.5 ° C daha soğuk (çatüstü bir sisteme kıyasla) yaptı ve yılda %3 ve %6 daha fazla enerji verdi (Dörenkämper et al., 2021). Panellerin altındaki suyu kaplayan yüzücülerin olduğu tasarımlar çok daha az kazanç sağlar.

Buharlaşma. Paneller suyu gölgeliyor ve rüzgarı yavaşlatıyor, böylece daha az su buharlaşıyor. Sıcak, kuru rezervuarlarda bu elektrik kadar önemli olabilir: Jin ve meslektaşları %30 senaryolarında yılda 106 km³ tasarruf tahmin ediyorlar, ölçülmek yerine modellendi.

Hektar başına güç. Yüzen diziler genellikle düşük bir eğimde oturur ve yakından paketlenir, böylece bir hektar su yaklaşık olarak bir hektar toprak kadar kapasiteye sahiptir, yaklaşık 1 MW ve benzer enerji üretir. Endonezya’daki Cirata yaklaşık 200 hektarlık alanda 192 MWp’ye sahiptir (Jakarta Post, 2023).

Hidroelektrikli hibrit. Bir hidroelektrik rezervuarında, güneş aynı ağ bağlantısını kullanabilir ve barajın güneşli günlerde su tutmasına izin vererek geceleri serbest bırakabilir: rezervuar güneş enerjisi santrali için bir pil haline gelir.

Sınırlar

Teoretik. Yüzme güneş ışığını değiştirmez: yüzen bir panel, en iyi durumda, karadaki aynı panelden birkaç yüzde daha fazladır. Küresel potansiyel büyüktür, ancak her rezervuarın zarar vermeden ne kadarının kaplanabildiği ile sınırlıdır. Jin et al. çalışması her rezervuarın %30 ve 30 km²’de kapağını belirler.

Pratik.

• Rüzgar, dalgalar ve su seviyeleri. Sıkıntılar bir panel adasını fırtınalara ve on metre kadar değişen su seviyelerine karşı korumak zorundadır. Nisan 2024’te, saatte yaklaşık 50 km hızındaki rüzgarlarla birlikte bir fırtına, Hindistan’daki Omkareshwar yüzen güneş parkı’nın bir parçası olan yeni tamamlanan 88 MW Indawadi santraline ciddi hasar verdi (Times of India, 2024).
• Maliyetler. Yüzer, ankrajlar ve deniz kaliteli bağlantılar yer çerçevelerinden daha pahalıdır; ABD referans primleri yaklaşık %25’tir (Ramasamy ve Margolis, 2021).
• Bakım. Her şeye tekne veya yürüyüş yoluyla ulaşılır; kuş dışkısı, yosun ve biyolojik kirlenme temizlenmesi gerekiyor; su yakınında elektrik güvenliği dikkat edilmesi gerekiyor.
• Ekoloji. Suyu kapatma ışık ve rüzgarın karıştırılmasını azaltıyor. Sistemli bir inceleme sonucunda su sıcaklığı, oksijen, yosunlar ve balıklar üzerinde olası etkiler ortaya çıktı; ilgililer buharlaşmanın azalmasını en büyük fırsat olarak değerlendirdi ve oksijensizleşme de dahil olmak üzere su kimyasındaki değişiklikleri en büyük tehdit olarak nitelendirdi. Ankete katılan operatörlerin sadece %15’i su kalitesini test etmişti (Exley et al., 2021).
• Diğer kullanıcılar. İçme suyu hizmetleri, tekneciler, balıkçılar ve doğal koruma alanlarının hepsi de yüzey üzerinde bir söz sahibi.

Gerçek projeler, ölçülmüş

Proje	Nedir bu?	Ne ölçüldü veya rapor edildi	Kaynak
Hollanda ve Singapur’da yüzen PV test alanları	Çok sayıda yüzen tasarım, kara ve çatıda referans sistemleri, sıcaklık ve ışıma sensörleriyle	En iyi yüzen sistemler 3.2 °C (Hollanda) ve 14.5 °C (Singapur) daha soğuk, güneş ışığı tarafından ağırlıklandırılmış; ısı kaybı katsayısı 22 W/m²K’ye kadar daha yüksek; %3 ve %6’ya kadar daha fazla verimlilik	Dörenkämper et al., 2021
Tengeh rezervuarı, Singapur (2021)	Ulusal su dairesi tarafından işletilen bir içme suyu rezervuarında 60 MWp	Temmuz 2021’de açıldı. Zamanının en büyük iç su yüzen tesislerinden biri olarak.	Straits Times, 2021
Cirata, Batı Java, Endonezya (2023)	192 MWp, yaklaşık 340.000 panel, bir hidroelektrik rezervuarında	Yaklaşık 50.000 haneye su sağlaması bekleniyor; rapor edilen maliyeti yaklaşık $100 milyon (beklenen üretim, henüz bağımsız olarak yayınlanmadı)	Jakarta Post, 2023
Omkareshwar, Madhya Pradesh, Hindistan (2024)	Barajın arka sularındaki çok sayıda tesis, Indawadi’de 88 MW dahil	Nisan 2024’te meydana gelen bir fırtına, Indawadi santralinin faaliyete geçmesinden bir hafta sonra panellere “büyük kayıp”a neden oldu.	Times of India, 2024
Dünya pazarı	2018 ortasındaki yaklaşık 1,1 GW’dan 2022 yılına kadar yaklaşık 13 GW’a, çoğunlukla Asya’da	Sektör tahminleri	Dünya Bankası, 2018; Bloomberg, 2023

Dünya Bankası raporunda belirtildiği gibi, performans avantajları “daha büyük tesisler tarafından, çok sayıda coğrafyada ve zaman içinde doğrulanmadı.” Büyük işletmeler ölçülen verim, su kalitesi veya fırtına hasarını nadiren yayınlarlar ve bu da kanıtlardaki en büyük boşluk.

Ne kadara mal oluyor?

Seçenekler	Maliyeti	Yıl ve kaynak
Yüzen PV, 10 MW, ABD	$1.29 per W installed against $1.03 karada; elektrik maliyeti yaklaşık $0.057 per kWh against $0.047 karada (vergi kredileri olmadan)	2021, NREL, Ramasamy ve Margolis
Yüzen PV, 50 MW genel santral	%7 indirim oranıyla kWh başına 5,0’a karşı 5,6 ABD sente karşılık gelir; sermaye maliyeti $0.8 to $2018 yılında W başına 1,2	2018, Dünya Bankası, SERIS
Karada hizmet ölçekli güneş, ABD	$0.04 to $kWh başına 0.10	Haziran 2026, Lazard LCOE+ sürüm 19
Benchmark: bir binanın çatısında güneş	kWh başına yaklaşık 0.19$, merkezi	Fan Duvar modeli
Ticari ve topluluk çatısı güneş, ABD	$0.09 to $kWh başına 0.20	Haziran 2026, Lazard

Tabela ne diyor: yüzen güneş enerjisi kWh başına karadaki güneşten yaklaşık %10 ila 20 daha pahalı ve tipik bir çatıdaki güneşten çok daha az. Arazinin pahalı, korunmuş veya sadece şebeke yakınında mevcut olmadığında, bu prim küçüktür. NREL çalışması, maliyetlerin en çok yüzenlerin fiyatına, rüzgar ve kar yüklerine ve modül verimliliğine duyarlı olduğunu buldu.

Kazanabileceği ve kazanamayacağının yeri.

Kazanabilir:

• Toplu ülkeler ve adalar Arazi kıt olan yerlerde: Singapur, Japonya, Güney Kore, Hollanda, Güney ve Güneydoğu Asya’nın büyük kısmı.
• Hidroelektrik rezervuarları, ağ bağlantısı var ve güneş ışırken su geri tutulabilir.
• Sular altında kalan madencilik sahaları, maden çukurları ve sanayi havuzları Başka bir faydası yok.
• Sıcak, kuru bölgeler Buharlaşmaya kayıp su pahalı ve soğutma kazancı en büyük olduğu yerde.
• Su hizmetleri kendi pompalama ve işleme sistemlerini kendi rezervuarlarından güçlendirecek.

Kazanamaz:

• Arazi ucuz ve bol. Kuru bir arazide kurulan güneş çiftliği genellikle daha ucuz ve basittir.
• Yaban hayatı açısından zengin veya rekreasyon için kullanılan göllerdeEkolojik kanıtlar küçük bir kapsamın zararsız olduğunu söylemezse.
• Ve akıtılmış sular. pahalı demirleme ve mühendislik atlamaları olmadan açık denizde.
• Büyük bir yeni su kaynağı olarak. Buharlaşma tasarrufu gerçektir ama modellenmiştir; yardım ederler, ancak yeni bir nehir yaratmazlar.

Kanıtlanmış, muhtemel ve spekülatif olan nedir?

Kanıtlanmıştır: yüzlerce megawatt’lık yüzen santrallerin inşa edilip işletilebildiği; karadaki güneş enerjisinden daha az maliyetli oldukları; su soğutma açık tasarımlarda üretimin birkaç yüzdesini artırdığı; fırtınaların kötü bağlanan santrallere zarar verebileceği.

Makul: rezervuarların ortalama bir payını kaplamak, modellendiği gibi buharlaşmayı önemli ölçüde azaltabilir; kombine güneş ve hidroelektrik işletme rezervuaru depolama olarak kullanarak değer katabilir; gölgelendirme bazı rezervuarlarda zararlı yosun çiçeklerini azaltabilir.

Spekülatif: binlerce terawatt-saatlik küresel potansiyel, ekoloji, su kullanımı ve şebekeler sayıldığında pratiktir; güneş ışığı ve suda yüzenlerin ve demirlemelerin uzun vadeli (25 yıl) davranışları; açık denizde yüzen güneş enerjisinin uygun hale getirilebilmesi.

Açık araştırma soruları

• Yıllar boyunca ölçülen %10, %30 veya %50’lik bir kaplama oksijen, sıcaklık katmanlaşması, yosun ve farklı türlerdeki balıklara ne yapıyor?
• Modeller yerine su dengeleriyle ölçülen buharlaşma uygulamada ne kadar tasarruf ediliyor?
• Ultraviyole ışığında yüzenler ne kadar sürer ve içme suya mikroplastik veya kimyasal maddeler bırakırlar mı?
• Aşırı fırtınalardan ve büyük su seviyesi dalgalanmalarından makul bir maliyetle kurtulan hangi demirleme tasarımları var?
• Güneş ve hidroelektrik enerjisini birlikte kullanarak her ikisinin de daha fazla kazanç sağlayabileceği en iyi yol nedir?

Çalışan bir prototipin neye ihtiyacı olur?

Yeni bir yüzme fikri için (daha iyi bir yüzme, demirleme, soğutma yöntemi veya ekolojik tasarım), çalışma modeli karasal referansın yanında ölçülen gerçek su üzerinde küçük bir dizidir.

Faz	İş	Neyi kanıtlıyor?	Tahmini maliyet	Zaman
0. Design study	Rüzgar, dalga ve su seviyesinden gelen yükler, yüzme ve demirleme tasarımı, basit termal model	Tasarım sitenin fırtınalarından kağıtta hayatta kalmayı başardı.	$10k to $30k	2-3 ay.
1. Test salyası	5 ila 20 kW bir gölet veya rezervuar üzerinde aynı kara dizisi yanında, modül sıcaklıkları, çıkış, rüzgar ve su verileri, bir yıl	Ölçülen verim artışı, sıcaklıklar, erken yıpranma	$40k to $120k	12 ay.
2. Ekoloji ve sürdürülebilirlik	Salın altında ve dışında su kalitesi örnekleme, yüzücü yaşlanması ve fırtına mevsimi boyunca demirleme yükleri	Çevre etkisi ve hayatta kalma	$50k to $150k	1-2 yıl (geçiş)
3. Pilot tesis	0,5 ila 2 MW arasında, rezervuar sahibi, izinler ve şebeke bağlantısı ile	Bankacılık için uygun bir tasarım	büyüklüğüne bağlıdır	1-2 yıl

0’dan 2’ye kadarki aşamalar yaklaşık olarak $100,000 to $300,000 maliyetlidir. Bunlar bizim tahminlerimiz, sözleşmeler değil.

Kime ihtiyacımız var?

• Deniz mimarı veya açık deniz mühendisliği yüzer, demirleme ve fırtına yükleri için.
• PV sistem mühendisliği elektrik tasarımı ve su yakınında güvenlik için.
• Limnologist (tatlısu ekolojisti) su kalitesi ve vahşi yaşam izleme tasarlamak için.
• Hidrojen Buharlaşma ve su dengesini ölçmek için.
• Rezervuar sahibi veya su kuruluşu Test salına ev sahipliği yapmak istiyor.
• Polimer uzmanı yüzen yaşlanma ve kirlenmeyi test etmek için.

Daha iyi bir fikrin var mı?

Belki daha ucuz bir yüzücünüz var, daha akıllı bir demirleme, panelleri daha iyi soğutan bir tasarım veya gölün yaşamını koruyan biri. Local Solar System Vakfı’nın bazı üyeleri güçlü bir enerji fikri için bir adım duyabilecek kişilere sahip olabilir. Bir fikrin ortaya konması için, gerçek hayatta çalışan ve gücünü üreten bir modele ihtiyacı vardır. Bu modelin bir alet üzerinde ölçülmesi gerekir, iddia edilmesi değil. Kağıt üzerindeki fikirler de memnuniyetle karşılanıyor: fizik ve sayılar sağlam ise, onları burada web sitemizde yayınlayabiliriz. Çalışan bir model olmadan sermaye toplamak çok zor ve biz de finansman, kazanç veya tanıtım sözü veremeyiz.

Yüzen güneş için, çalışma modeli olarak sayılan en ucuz ölçüm karada aynı set yanında bir gölet üzerinde küçük bir panel saldırmasıdır, her ikisi de ölçülmüştür, modül sıcaklıkları en az bir yaz boyunca kaydedilir. Bu soğutma kazancının tasarınız için gerçek olup olmadığını gösterir. - Gönderin. katkı formuve onu diğer fikirlerle karşılaştır. fikir radarı. Karşılıklı sayfalar: agrivoltaics su yerine tarım arazilerini paylaşır ve küçük ve boru içindeki hidroelektrik santrali zaten akmakta olan sudan enerji alır.

Kaynaklar

1. (İngilizce) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z (2023). Küresel rezervuarlarda yüzen güneş fotovoltaik sistemlerinden enerji üretimi ve su tasarrufu. Nature Sustainability 6, 865-874.
2. (İngilizce) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z (2021). İki farklı iklim bölgesinde yüzen PV’nin soğutma etkisi: Hollanda ve Singapur’dan alan test verilerinin bir karşılaştırması. Solar Energy 214, 239-247.
3. Ramasamy, V. ve Margolis, R. (2021). Floating photovoltaic system cost benchmark: Q1 2021 installations on artificial water bodies. NREL/TP-7A40-80695.
4. World Bank Group, ESMAP and SERIS (2018). Where sun meets water: floating solar market report, executive summary.
5. (İngilizce) ^ Exley, G., Hernandez, R.R., Page, T. et al. (2021). Bilimsel ve hissedar kanıt-tabanlı değerlendirme: yüzen güneş fotovoltaiklerine ekosistem yanıtları ve sürdürülebilirlik için sonuçlar. Renewable and Sustainable Energy Reviews 152, 111639.
6. NGC 2025 (İngilizce). Global Electricity Review 2025: düşük karbonlu kaynaklar 2024 yılında dünya elektriğinin %40.9’unu (12,609 TWh) oluşturacak ve toplamda yaklaşık 30,800 TWh’yi kapsayacak.
7. Chong, C. (2021). Singapur’un ilk büyük ölçekli güneş yüzen çiftliği Tengeh Reservoir’da açıldı. The Straits Times, 14 Temmuz 2021.
8. NGC 2023 (İngilizce). Jokowi inaugurates Southeast Asia’s largest floating solar farm. The Jakarta Post, 9 Kasım 2023.
9. NGC 2024 (İngilizce). Storm damages world’s largest floating solar plant in Madhya Pradesh, 12 Nisan 2024.
10. NGC 2023 (İngilizce). Yüzen güneş panelleri eski sanayi sitelerini yeşil enerji altın madenlerine çevirir, 3 Ağustos 2023.
11. Lazard (Haziran 2026). Levelized Cost of Energy+, sürüm 19.
12. Local Solar System Foundation (2020, model güncellendi 2026). The Fan Wall: open model, çatıda güneş referansı.
13. (İngilizce) Harvey, F. (2016). Dünyanın en büyük yüzen güneş çiftliği Londra’nın dışında güçlendirildi. Erişim tarihi: 29 Şubat 2016.  ^ “The Guardian”. Kraliçe Elizabeth II..