پنل‌های خورشیدی شناور می‌توانند برق تمامی خانه‌های آمریکا را تأمین کنند

1

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که سدهای فدرال در سراسر ایالات متحده پتانسیل قابل‌توجهی برای تأمین نیازهای انرژی خورشیدی کشور دارند.

کارشناسان آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) بررسی دقیقی در مورد میزان انرژی تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی شناور در این سدها انجام داده‌اند و این ایده را به عنوان مرزی نویدبخش برای توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر معرفی کرده‌اند.

پتانسیل شگفت‌آور انرژی

این مطالعه که توسط دانشمندان جغرافیایی، اِوان روزنلیب و مری ریورز، به همراه تحلیلگر قانونی و نظارتی آرون لوین هدایت شده است، اولین تحقیقی است که دقیقاً میزان انرژی قابل استخراج با استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک (PV) شناور در مخازن تحت مالکیت یا نظارت فدرال را محاسبه می‌کند.

نتایج این تحقیق یک پتانسیل فنی شگفت‌انگیز را نشان می‌دهد: مخازن می‌توانند به اندازه کافی پنل‌های خورشیدی شناور داشته باشند تا سالانه ۱۴۷۶ تراوات ساعت برق تولید کنند. برای درک این موضوع، این میزان انرژی برای تأمین برق حدود ۱۰۰ میلیون خانه در هر سال کافی است.

روزنلیب توضیح داد: «این یک پتانسیل فنی است. می‌دانیم که نمی‌توان همه این پتانسیل را عملی کرد. اما حتی اگر بتوانید تنها ۱۰ درصد از آنچه شناسایی کرده‌ایم را توسعه دهید، باز هم گامی بلند در تأمین انرژی خواهد بود.»

این “پتانسیل فنی” به حداکثر تولید انرژی اشاره دارد که در صورت پوشاندن کامل مخازن با آرایه‌های خورشیدی شناور قابل دستیابی است.

اگرچه توسعه کامل در تمامی مخازن به دلیل محدودیت‌های عملی و زیست‌محیطی بعید است، اما حتی سناریوی توسعه ۱۰ درصدی نیز جهشی بزرگ در ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر خواهد بود.

این مطالعه به‌عنوان منبعی پایه، جزئیات مربوط به مخازن را ارائه می‌دهد که از طریق وب‌سایت AquaPV در دسترس است و توسعه‌دهندگان می‌توانند داده‌های مربوط به سایت‌های خاص را بررسی کرده و تصمیمات آگاهانه بگیرند.

مزایای انرژی خورشیدی شناور

آرایه‌های خورشیدی شناور یا سیستم‌های PV شناور، مزایای متعددی نسبت به نصب‌های خورشیدی زمینی دارند.

اولین مزیت این است که این سیستم‌ها برق تولید می‌کنند بدون اینکه منابع ارزشمند زمینی را استفاده کنند، که این امر در مناطقی که زمین کمیاب یا گران است بسیار مهم است. با قرار دادن پنل‌ها روی سطوح آبی، توسعه‌دهندگان می‌توانند از تعارضات مربوط به استفاده از زمین جلوگیری کرده و اکوسیستم‌های زمینی را حفظ کنند.

علاوه بر این، این پنل‌ها مزایای زیست‌محیطی فراتر از تولید برق ارائه می‌دهند. هنگامی که روی مخازن شناور هستند، آرایه‌های خورشیدی با سایه‌افکنی بر روی آب، نرخ تبخیر را کاهش می‌دهند – که این عامل در حفظ منابع آبی حیاتی است.

این تأثیر به ویژه در مناطق خشک یا در شرایط خشکسالی که صرفه‌جویی در هر قطره آب ارزشمند است، مفید خواهد بود. همچنین، اثر خنک‌کنندگی پنل‌ها می‌تواند بازده سلول‌های PV را بهبود بخشد و تولید برق را افزایش دهد.

با وجود این مزایا، پروژه‌های بزرگ انرژی خورشیدی شناور در ایالات متحده هنوز نادر هستند. لوین گفت: «اما هنوز هیچ نصب بزرگی مانند یک مخزن بزرگ ندیده‌ایم. در ایالات متحده، حتی یک پروژه بالای ۱۰ مگاوات نداریم.»

نبود پروژه‌های بزرگ نشان‌دهنده مرحله اولیه این فناوری در کشور است و هم فرصت رشد و هم چالش‌های موجود برای گسترش نصب‌ها را برجسته می‌کند.

شناسایی مخازن مناسب

یکی از کمک‌های کلیدی این تحقیق، نه تنها تخمین پتانسیل انرژی، بلکه تحلیل دقیق مخازنی است که برای نصب‌های خورشیدی شناور مناسب‌تر هستند.

مطالعات پیشین اغلب تنها به طور کلی درباره پتانسیل انرژی حدس می‌زدند و شرایط خاص سایت‌ها را در نظر نمی‌گرفتند. کار لوین و روزنلیب با بررسی عوامل مختلفی که بر امکان‌پذیری پروژه‌های خورشیدی شناور تأثیر می‌گذارند، تحولی ایجاد کرده است.

عواملی مانند عمق آب، دما، و شیب ساحل بسیار مهم هستند زیرا بر نصب و نگهداری سیستم‌های خورشیدی شناور تأثیر می‌گذارند.

ترافیک کشتیرانی نیز مورد توجه است؛ حرکت مداوم قایق‌ها می‌تواند امواجی ایجاد کند که ممکن است خطوط مهار را آسیب برسانند و زیرساخت‌های شناور را بی‌ثبات کنند. برخی مخازن ممکن است با مشکلاتی مانند سرما شدید یا شرایط نامناسب کف مخزن که نصب پنل‌ها را دشوار می‌کند، مواجه شوند.

با این حال، بسیاری از مخازن برق‌آبی می‌توانند به‌عنوان مکان‌های ایده‌آل برای انرژی خورشیدی شناور عمل کنند، زیرا سطح آب آن‌ها کنترل شده است و زیرساخت‌های موجود دارند. سیستم‌های انرژی ترکیبی که انرژی خورشیدی و برق‌آبی را ترکیب می‌کنند، می‌توانند قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری بیشتری را ارائه دهند.

برای مثال، در دوره‌های خشکسالی که تولید برق‌آبی کاهش می‌یابد، پنل‌های خورشیدی شناور می‌توانند منبع جایگزین انرژی را فراهم کنند.

این رویکرد یکپارچه نه تنها تولید انرژی را به حداکثر می‌رساند، بلکه استفاده از منابع موجود را بهینه کرده و سیستم انرژی کلی را در برابر اختلالات مقاوم‌تر می‌سازد.

ملاحظات زیست‌محیطی و نظارتی

پروژه‌های خورشیدی شناور باید با ملاحظات زیست‌محیطی و نظارتی نیز روبه‌رو شوند. اگرچه این مطالعه عمدتاً پتانسیل انرژی را کمی‌سازی می‌کند، تیم تحقیقاتی اذعان دارد که فعالیت‌های انسانی و تعاملات حیات وحش می‌توانند بر قابلیت اجرایی پروژه در مکان‌های خاص تأثیر بگذارند.

برای مثال، حفاظت از زیستگاه ماهیان و حفظ استفاده‌های تفریحی از مخازن عوامل مهمی در برنامه‌ریزی هستند.

محققان قصد دارند این ملاحظات را در کارهای آینده بررسی کنند، که شامل ارزیابی اثرات زیست‌محیطی، الزامات نظارتی، و واکنش‌های جوامع خواهد بود.

عواملی مانند نزدیکی به خطوط انتقال برق، هزینه توسعه، و موانع نظارتی مورد بررسی قرار خواهند گرفت تا نقشه راهی شفاف‌تر برای پروژه‌های احتمالی فراهم شود.

محققان تأکید کردند که این مطالعه داده‌های بسیار دقیق‌تری درباره پتانسیل انرژی خورشیدی شناور در ایالات متحده ارائه می‌دهد.

این دقت بهبود یافته می‌تواند به توسعه‌دهندگان کمک کند تا پروژه‌های خود را در مخازن ایالات متحده بهتر برنامه‌ریزی کرده و به محققان امکان ارزیابی بهتر این فناوری‌ها در راستای اهداف انرژی ملی را بدهد.

گام‌های بعدی: تحقیقات و توسعه بیشتر

این مطالعه گامی مهم به جلو محسوب می‌شود، اما بسیاری از مسیرها برای تحقیقات بیشتر را نیز باز می‌کند. تحقیقات آینده تیم شامل موارد زیر خواهد بود:

• ارزیابی نزدیکی به زیرساخت‌های شبکه و مراکز تقاضای برق
• تعیین هزینه‌های توسعه و امکان‌سنجی اقتصادی در مخازن خاص
• ارزیابی اثرات زیست‌محیطی و شناسایی مکان‌هایی که باید برای حفاظت از اکوسیستم‌های محلی اجتناب شوند
• درک چالش‌های نظارتی در سطوح ایالتی و فدرال

علاوه بر این، محققان علاقه‌مندند تحلیل خود را فراتر از مخازن بزرگ گسترش دهند. آن‌ها قصد دارند مخازن کوچک‌تر، خورها، و حتی سایت‌های اقیانوسی دور از ساحل را برای شناسایی فرصت‌های بیشتر برای نصب‌های خورشیدی شناور بررسی کنند.

انقلابی در انرژی تجدیدپذیر؟

هم‌زمان با تکامل فناوری خورشیدی شناور، پتانسیل آن برای تحول در چشم‌انداز انرژی روشن‌تر می‌شود.

با استفاده از مخازن فدرال برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ، ایالات متحده می‌تواند گام‌های مهمی به سمت اهداف انرژی تجدیدپذیر خود بردارد.

پنل‌های خورشیدی شناور نه تنها برق پایدار تولید می‌کنند، بلکه به حفظ منابع آبی و استفاده کارآمد از زمین نیز کمک می‌کنند.

با ادامه تحقیقات، توسعه، و سرمایه‌گذاری، خورشیدی شناور می‌تواند به عنوان ستون اصلی آینده انرژی تجدیدپذیر آمریکا ظاهر شود، میلیون‌ها خانه را روشن کند و شبکه‌ای پاک‌تر و مقاوم‌تر را پشتیبانی کند.

این مطالعه در مجله Solar Energy منتشر شده است.