مع تزايد ندرة موارد الأراضي، يتوسع تطوير الطاقة الشمسية إلى ما بعد المواقع البرية. تبني أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (FPV) محطات طاقة شمسية على البحيرات والخزانات والبرك، مما يفتح مسارًا جديدًا تمامًا للطاقة النظيفة.

تقليدية أرضية-مزارع شمسية مثبتة على الأرض تستهلك كميات كبيرة من الأراضي. وفي المناطق المقيدة من حيث توفر الأراضي، أصبحت إمكانية الوصول إلى الأراضي عنق زجاجة رئيسيًا لمشاريع الطاقة الجديدة. تقوم أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة بتركيب صفائف شمسية على منصات عائمة فوق المياه. ومن دون شغل الأراضي الزراعية أو الغابات، تحول أسطح المياه غير المستغلة بالكامل إلى أصول لتوليد الطاقة، وقد اكتسبت شعبية سريعة في سوق الطاقة المتجددة العالمي.

كيف تحافظ أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة على استقرارها فوق المياه؟

الطاقة الكهروضوئية العائمة هي أكثر بكثير من مجرد وضع ألواح شمسية على المياه. إنها حل هندسي متكامل يتكون من منصات عائمة من HDPE، وهياكل تثبيت، وأنظمة إرساء وتثبيت.

تعمل المنصة العائمة كأساس محمول فوق الماء. وهي مصنوعة غالبًا من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وتتميز بمقاومة ممتازة للتآكل والأشعة فوق البنفسجية. يوفر كل عوامة قدرة طفو تزيد عن 150 كجم. ويمكن تجميع العوامات الوحدوية بمرونة لتتناسب مع حجم سطح المياه للمشروع. تعتمد مكونات التثبيت على سبائك الألومنيوم والفولاذ المطلي بالزنك-الألومنيوم-المغنيسيوم، مع مثبتات من الفولاذ المقاوم للصدأ SUS304 لمقاومة التآكل في البيئات المائية الرطبة.

يعد نظام الإرساء أمرًا بالغ الأهمية لمنع انجراف المحطة بأكملها بفعل الرياح والأمواج.

تشمل الحلول دعامات الإرساء، والحبال، وموصلات الحبال السلكية، ومراسي الجاذبية. كما تتوفر مراسي الركائز ومراسي الضفاف والمراسي السفلية لظروف المواقع المختلفة. يتكيف نظام التثبيت مع تقلبات مستوى المياه وتدفقها، مما يحافظ على استقرار الصفيف العائم ضد الانجراف أو الانقلاب.

توفر دعامات التثبيت خيارات متعددة لزوايا الميل: 0° و5° و10° و15°، للتكيف مع ظروف ضوء الشمس المحلية. تُستخدم وحدات الطاقة الكهروضوئية ذات الإطار والزجاج المزدوج عادةً في التخطيطات الأفقية. يأتي النظام بضمان لمدة 10 سنوات، ويمكن تخصيص جميع المواصفات وفقًا للبيانات الهيدرولوجية للمشاريع المحددة.

الفوائد الأساسية للطاقة الكهروضوئية العائمة

مقارنةً بمشاريع الطاقة الشمسية المثبتة على الأرض، توفر الطاقة الكهروضوئية العائمة العديد من المزايا الطبيعية:

✅ الاستفادة الكاملة من أسطح المياه غير المستغلة وتوفير موارد الأراضي مناسبة للخزانات والبحيرات وبرك الهبوط والأحواض الصناعية. فهي تتجنب شغل موارد الأراضي القيمة وتحقق الاستخدام المتعدد للمسطحات المائية.

✅ تأثير تبريد المياه يحسن إنتاج الطاقةيخفض التبريد الطبيعي بالمياه درجة حرارة تشغيل الوحدات الشمسية ويعزز أداء توليد الطاقة. كما أن تراكم الغبار الأقل على الألواح فوق المياه يزيد من استقرار إنتاج الطاقة.

✅ مواد متينة مقاومة للتآكل وتركيب وحداتي سريعصُممت عوامات HDPE والمكونات المعدنية المقاومة للتآكل للتعرض طويل الأمد تحت الماء. ويسمح التصميم الوحداتي بالتجميع السريع في الموقع وتوسعة السعة بمرونة.

✅ فوائد بيئية إضافيةتغطي الألواح الشمسية سطح المياه لتقليل تبخر المياه والحد من النمو المفرط للطحالب. وبالنسبة لأحواض تربية الأحياء المائية، يعمل نموذج "توليد الطاقة في الأعلى، وتربية الأسماك في الأسفل" على تعظيم العوائد الاقتصادية الشاملة لموارد المياه.

المسوحات الأساسية للموقع المطلوبة قبل تصميم المشروع

نظرًا لأن الطاقة الكهروضوئية العائمة تعمل فوق المياه، فإن الظروف الهيدرولوجية والجيولوجية تحت الماء تحدد سلامة المشروع بشكل مباشر. يجب إجراء تحقيق كامل للموقع خلال مرحلة التصميم لجمع البيانات الأساسية:

1. عمق المياه: أقصى وأدنى ومتوسط عمق للمياه؛ نطاق ودورة تغير مستوى المياه؛ مستويات المياه التاريخية القصوى خلال 50 عامًا.

2. العوامل الهيدروديناميكية: أقصى ارتفاع للأمواج وسرعة تدفق المياه المسموح بها.

3. الجيولوجيا تحت الماء: نوع تربة قاع البحر (طمي / حطام / صخور) والتضاريس تحت الماء، والتي تحدد حلول الإرساء.

4. معلمات وحدات الطاقة الكهروضوئية: أبعاد الألواح ووزنها وطرازها لتكوين تخطيط العوامات وزوايا الميل (0°/5°/10°/15°).

تختلف ظروف الأمواج ومستويات المياه بشكل كبير بين المسطحات المائية. ولا يوجد حل واحد يناسب الجميع. ويُعد التصميم المخصص بناءً على بيانات المسح الفعلية للموقع أمرًا ضروريًا للتشغيل الآمن طويل الأمد.

الفرص والتحديات أمام الطاقة الكهروضوئية العائمة

تمتلك الطاقة الكهروضوئية العائمة نقاط قوة ملحوظة، إلا أن التحديات العملية ما زالت قائمة. تفرض البيئات المائية متطلبات عالية على أداء مقاومة التآكل للمواد. كما تفرض أحمال الرياح والأمواج والتغيرات الشديدة في مستويات المياه متطلبات صارمة على تصميم الإرساء. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب صيانة الأنظمة في المياه قدرات تشغيل خاصة فوق الماء.