به گزارش تجارت نیوز، با افزایش تقاضای جهانی برای انرژیهای پاک و تشدید نگرانیها درباره تغییرات اقلیمی، کشورهای مختلف به دنبال روشهای نوآورانهای برای توسعه ظرفیت تولید برق تجدیدپذیر هستند. در این میان، پنلهای خورشیدی شناور بهعنوان یکی از فناوریهای نوظهور، توجه بسیاری از پژوهشگران و سرمایهگذاران را به خود جلب کردهاند.
استفاده از سطح رودخانهها، دریاچهها، مخازن آب و سایر پهنههای آبی برای نصب پنلهای خورشیدی، میتواند فشار بر منابع زمینی را کاهش دهد و از بروز تعارض میان پروژههای انرژی، کشاورزی و حفاظت از طبیعت جلوگیری کند.
با این حال، توسعه این فناوری در مناطق سردسیر همواره با یک چالش جدی روبهرو بوده است؛ تشکیل یخ در فصل زمستان. اکنون گروهی از محققان دانشگاه وسترن کانادا در پژوهشی جدید که نتایج آن در مجله علمی Applied Energy منتشر شده، نشان دادهاند که میتوان با استفاده از طراحیهای نوآورانه، این مانع را برطرف کرد.
چالش یخزدگی؛ بزرگترین مانع پنلهای خورشیدی شناور
یکی از مهمترین دغدغههای کارشناسان در استفاده از پنلهای خورشیدی شناور در مناطق سرد، تشکیل لایههای ضخیم یخ روی سطح آب است. مدلهای رایانهای پیشتر نشان داده بودند که یخ میتواند فشار قابل توجهی به سازههای شناور وارد کند و حتی باعث آسیبدیدگی یا تخریب آنها شود.
برای حل این مشکل، پژوهشگران دانشگاه وسترن کانادا نوع جدیدی از سامانه فتوولتائیک شناور (FPV) را طراحی کردند که از صفحات فومی ضخیم و ضدآب بهره میبرد و به یک سیستم حبابساز هوا مجهز شده است.
در این طرح، بهجای استفاده از سکوهای پلاستیکی حجیم که معمولاً در مناطق گرمتر برای نگهداری پنلهای خورشیدی شناور به کار میروند، پنلهای خورشیدی انعطافپذیر بهطور مستقیم روی صفحات فومی نصب شدند. این طراحی باعث میشود ارتفاع پنلها از سطح آب کاهش یابد و در نتیجه، تأثیر بادهای شدید بر عملکرد سامانه به حداقل برسد.
فناوری حبابساز چگونه از یخزدگی جلوگیری میکند؟
برای جلوگیری از تشکیل یخ، پژوهشگران لولههای ویژهای را در زیر پنلهای شناور نصب کردند که به یک پمپ مستقر در ساحل متصل بودند. این پمپ، جریان پیوستهای از حبابهای هوا را از کف برکه به سمت سطح آب هدایت میکرد.
از آنجا که آب در عمق بیشتر، حتی در فصل زمستان، دمای بالاتری نسبت به سطح دارد، حبابهای در حال صعود گرمای لایههای زیرین را به سطح منتقل میکنند و مانع یخزدگی آب در اطراف پنلها میشوند.
برای ارزیابی عملکرد این فناوری، محققان یک سامانه خورشیدی شناور با ظرفیت ۷ کیلووات را در یک برکه آب سطحی در استان انتاریوی کانادا نصب و به مدت یک سال بهصورت مداوم پایش کردند.
تولید برق بیشتر با مصرف انرژی ناچیز
نتایج این آزمایش یکساله نشان داد که سیستم حبابساز توانسته در تمام طول زمستان، سطح آب اطراف پنلها را بدون یخ نگه دارد و در عین حال، انرژی بسیار کمی مصرف کند.
بر اساس دادههای منتشرشده، میزان مصرف انرژی اضافی این سامانه بین ۰.۰۲ درصد تا ۱۴.۵ درصد از کل انرژی تولیدی سالانه متغیر بوده که رقم بسیار پایینی محسوب میشود.
این سامانه خورشیدی شناور در طول یک سال موفق به تولید ۷.۷ مگاوات ساعت برق شد؛ رقمی که حدود ۲.۷ درصد بیشتر از سیستم شناور مرجع مورد استفاده در این مطالعه بود.
پژوهشگران معتقدند کاهش دمای پنلها به دلیل مجاورت با آب و همچنین طراحی مسطح و کمارتفاع آنها، از عوامل مؤثر در افزایش بازدهی این سامانه بوده است.
صرفهجویی در آب؛ مزیتی فراتر از تولید انرژی
مزایای این فناوری تنها به تولید برق محدود نمیشود. پنلهای خورشیدی شناور با ایجاد سایه روی سطح آب، میزان تبخیر را نیز کاهش میدهند.
برآوردهای انجامشده توسط تیم تحقیقاتی نشان میدهد که اگر این پنلها نیمی از سطح برکه را پوشش دهند، میتوان سالانه حدود ۹۲۷ متر مکعب آب را از تبخیر حفظ کرد.
در شرایطی که بسیاری از مناطق جهان با کمبود منابع آبی و خشکسالیهای مکرر مواجه هستند، این ویژگی میتواند ارزش اقتصادی و زیستمحیطی قابل توجهی داشته باشد.
محققان در مقاله خود تأکید کردهاند که نتایج این پژوهش، سامانههای خورشیدی شناور مبتنی بر فوم را بهعنوان گزینهای امیدوارکننده و سازگار برای تولید انرژی تجدیدپذیر معرفی میکند و نشان میدهد این فناوری میتواند در محیطهای یخی نیز عملکردی پایدار و قابل اعتماد داشته باشد.
موفقیت پژوهشگران کانادایی در توسعه پنلهای خورشیدی شناور مقاوم در برابر یخزدگی، میتواند افق تازهای برای گسترش انرژیهای تجدیدپذیر در مناطق سردسیر جهان ایجاد کند.
این فناوری نهتنها امکان بهرهبرداری از پهنههای آبی بلااستفاده را فراهم میکند، بلکه با کاهش نیاز به زمین، جلوگیری از تبخیر آب و افزایش بازدهی تولید برق، مزایای متعددی را به همراه دارد.
اکنون پژوهشگران قصد دارند این فناوری را در مقیاسهای بزرگتر و در انواع مختلفی از پهنههای آبی آزمایش کنند. در صورت موفقیت این مطالعات، پنلهای خورشیدی شناور میتوانند به یکی از راهکارهای کلیدی برای تأمین انرژی پاک در کشورهای سردسیر تبدیل شوند و نقش مهمی در تحقق اهداف جهانی کاهش انتشار کربن ایفا کنند.
