Plovoucí solární energie na ostrově Saona: Mořské fotovoltaické platformy, konstrukce kotvení a pobřežní energetické systémy

Úvod

Solární energie je jednou z nejuznávanějších technologií obnovitelné energie. Fotovoltaické panely přeměňují sluneční světlo přímo na elektřinu a lze je instalovat na střechy, otevřené pozemky a speciálně navržené plovoucí konstrukce.

Plovoucí fotovoltaické systémy, běžně nazývané plovoucí solární nebo FPV, umísťují solární panely na plošiny podporované vodou. Mnoho stávajících zařízení se nachází na vnitrozemských nádržích a jezerech. Výzkumníci a inženýři také zkoumají systémy navržené pro chráněné pobřežní vody a náročnější mořská prostředí.

U ostrovních destinací vyvolává plovoucí solární zařízení zajímavou technickou otázku: mohla by být elektřina vyrobena z vodní solární instalace, aniž by vyžadovala velké plochy půdy?

Ostrov Saona v Dominikánské republice poskytuje užitečné prostředí pro zkoumání této otázky. Tento článek však netvrdí, že tam v současnosti existuje plovoucí solární zařízení nebo že jeho okolní vody jsou pro něj vhodné. Jakýkoli místní návrh by musel vzít v úvahu mořské podmínky, chráněná stanoviště, navigaci, hloubku vody, vlnovou expozici a elektrickou infrastrukturu.

Tento průvodce vysvětluje, jak plovoucí solární zařízení funguje, jak jsou navrženy jeho platformy, co ztěžuje instalace mořské vody a jak by mohla být zorganizována předběžná studie proveditelnosti pro region ostrova Saona.

1. Co je plovoucí solární energie?

Plovoucí solární energie je elektřina produkovaná fotovoltaickými moduly instalovanými na plovoucí nosné konstrukci.

Fotovoltaické články absorbují sluneční světlo a generují stejnosměrnou elektřinu prostřednictvím fotovoltaického efektu. Střídač převádí stejnosměrný proud na střídavý proud pro kompatibilní elektrické zařízení, úložiště nebo připojení k síti.

Typický plovoucí fotovoltaický systém obsahuje:

• Solární fotovoltaické moduly
• Plovoucí nosné konstrukce
• Modullie montážní konstrukce nebo pontony rámy
• Propojovací komponenty
• Uvazovací vedení
• Kotvy
• Elektrické kabely a konektory
• Střídač a ochranná zařízení
• Monitorovací a řídicí systémy

Plovoucí konstrukce podpírá solární moduly nad vodou. Kotevní lana a kotvy pomáhají udržovat polohu systému při zatížení větrem, proudem a vlnami.

Plovoucí solární systém není jediný standardní design. Platformy mohou používat modulární plováky, pevné konstrukční rámy, flexibilní membrány nebo jiné konfigurace vybrané pro vodní podmínky a požadavky projektu.

2. Jak plovoucí solární panely generují elektřinu?

Základní proces výroby elektřiny je podobný jako u pozemních solárních fotovoltaických systémů.

Když sluneční světlo dosáhne fotovoltaického článku, fotony předávají energii elektronům v polovodičovém materiálu. To vytváří pohyb elektrického náboje a vyrábí stejnosměrnou elektřinu.

Vygenerovaná elektřina je shromažďována prostřednictvím modulové kabeláže a dodávána do střídače.

Zjednodušená energetická cesta je:

1. Sluneční záření dosahuje fotovoltaických článků
2. Photovostních modulů. elektřina.
3. Moduly jsou propojeny do řetězců a elektrických polí.
4. DC elektřina prochází vhodným ochranným a izolačním zařízením.
5. Střídač přeměňuje stejnosměrnou elektřinu na střídavou elektřinu.
6. Výstup je dodáván do vhodného elektrického systému, baterie nebo připojení k síti.

Vytvářená energie závisí na účinnosti slunečního záření a elektrické orientaci, oblasti zastínění, oblasti zastínění, zastínění. ztráty.

Zjednodušený vztah je:

[
P=G A \eta
]

Kde:

• (P) = solární výkon za zjednodušených podmínek) =
účinný modul (Ga) =
• (Ga) plocha
• (\eta) = účinnost konverze

Skutečný výkon systému musí také zohledňovat teplotní vlivy, účinnost střídače, ztráty ve vedení, stínění, degradaci a provozní podmínky.

3. Proč instalovat solární panely na vodu?

Plovoucí solární panel může poskytnout několik potenciálních výhod v závislosti na lokalitě.

3.1 Snížené požadavky na půdu

Plovoucí instalace využívá vodní hladinu, místo aby zabírala stejnou plochu půdy jako pozemní solární farma.

To může být užitečné v místech, kde je dostupná zemědělská půda omezená nebo kde je zemědělská půda omezena nebo je chráněna. využití.

Vodní plochy však nejsou automaticky dostupné pro rozvoj energie. Mohou podporovat rybolov, navigaci, rekreaci, biologickou rozmanitost nebo jiné důležité funkce.

3.2 Možné výhody chlazení

Voda může ovlivnit teplotu prostředí obklopujícího plovoucí solární pole.

Za určitých podmínek může chladnější prostředí pomoci snížit provozní teploty fotovoltaického modulu. Vzhledem k tomu, že výkon fotovoltaiky je citlivý na teplotu, může to zlepšit energetický výnos ve srovnání s teplejší instalací.

Velikost jakékoli výhody závisí na konstrukci modulu, ventilaci, teplotě vody, větrných podmínkách, vlhkosti a geometrii instalace. Mělo by se spíše měřit než předpokládat.

3.3 Využití stávající vodní infrastruktury

Plovoucí solární systém je zvláště zajímavý pro nádrže a další vodní útvary. V některých případech může sdílet infrastrukturu s vodními elektrárnami nebo vodohospodářskými zařízeními.

Pobřežní mořské instalace jsou náročnější, protože vlny, slaná voda, proudy a expozice moře vytvářejí další požadavky na design.

4. Plovoucí solární systém ve vnitrozemských vodních a mořských prostředích

Plovoucí solární systém navržený pro klidnou nádrž by se neměl automaticky používat na otevřeném moři.

Vnitrozemské instalace obecně zažívají odlišné podmínky prostředí než pobřežní a pobřežní instalace.

Úvahy o návrhuVnitrozemská vodaMořské prostředíSlanost vodyC obvykle relativně sladkovodníSalinerosenC mohou být mnohem více sladkovodníSalinerosenVlnových podmínkáchOft. související s vlhkostí Expozice slané vodě zvyšuje riziko korozeBiologické znečištění Závislost na místě Růst moře může být významný Návrh kotvení Změny na úrovni nádrží a vítrVlny, proudy, příliv a odliv a vítr Elektrická ochrana Ochrana mokrého prostředí Další úvahy o vystavení mořiÚdržbaČasto snadnější přístupPřístup může záviset na povětrnostních a mořských podmínkách

Marine. Systém, který dobře funguje v nádrži, může selhat, když je vystaven silnějším vlnám, usazeninám soli, opakovanému pohybu nebo nepříznivému počasí.

5. Hlavní typy plovoucích fotovoltaických platforem

5.1 Modulární pontonové platformy

Modulární pontony jsou spojeny tak, aby tvořily plovoucí nosnou plochu.

Fotovoltaické moduly se montují nad pontony pomocí rámů a spojovacích systémů.

Potenciální výhody zahrnují:

Modulární konstrukce

Flexibilní uspořádání pole

Výměna jednotlivých komponent

Škálovatelná instalace

Přizpůsobivost různým uspořádáním modulů

Pro námořní aplikace musí být plováky a spoje navrženy tak, aby vydržely pohyb vyvolaný vlnami, opakované zatížení, vystavení ultrafialovému záření a kontaktu se slanou vodou Structu>< Rihral3>5. Platformy

Tuhé platformy používají k podpoře fotovoltaických modulů konstrukční rám.

Rám může být vyroben z kovu odolného proti korozi nebo z umělých kompozitních materiálů.

Tyto platformy mohou poskytovat řízené uspořádání pro orientaci panelů a konstrukční spojení. Jejich spoje a nosné prvky však musí být zkontrolovány na únavu, korozi a síly vyvolané vlnami.

5.3 Flexibilní membránové systémy

Některé plovoucí solární koncepty používají flexibilní plovoucí membrány k podpoře nebo integraci fotovoltaických zařízení.

Flexibilní systémy mohou reagovat na vlny odlišně než tuhé konstrukce. Jejich vhodnost závisí na pevnosti membrány, limitech deformace, detailech spojení a dlouhodobé trvanlivosti materiálu.

5.4 Ponořené nebo částečně ponořené koncepty

Výzkumníci také zvažovali konfigurace, ve kterých jsou některé podpůrné komponenty umístěny blíže k vodní hladině nebo pod ní.

Tyto koncepty vyžadují zvláštní pozornost na hydroizolaci, korozi, tlak, elektrickou bezpečnost a údržbu. komerčně zaměnitelné s konvenčními plovoucími solárními pontony.

6. Marine Mooring Systems and Anchoring

Ukotvovací systémy jsou nezbytné pro plovoucí solární instalace, protože zabraňují tomu, aby se platforma odsunula pryč z jejího zamýšleného umístění.

Mořské plovoucí solární pole může zažít síly z:

výška
• Maximální výška jednotlivé vlny
• Perioda vlny
• Směr vlny
• Spektrum vlny
• Hloubka vody
• Interakce vlna-proud

Plovoucí platforma musí být dostatečně stabilní, aby chránila její solární moduly a elektrické spoje.

Inženýři mohou k odhadu odezvy platformy použít hydrodynamické modelování, numerické simulace, testování fyzikálních modelů a strukturální analýzu.

Návrh by měl také zkoumat:

• Paneltopping
  rotace
• Komise modulu
• Únava konektoru
• Deformace plovoucí konstrukce
• Napnutí kotvící šňůry
• Zatížení kotvy
• Přežití v extrémním počasí

Námořní instalace by neměla být navržena s použitím předpokladů pouze pro nádrže.

8. Slaná voda a ochrana solárních panelů

Slaná voda je pro plovoucí solární systémy velkou výzvou v oblasti odolnosti.

Usazeniny soli se mohou hromadit na exponovaných površích, zatímco opakované smáčení a sušení může zvýšit riziko koroze u citlivých součástí.

Potenciálně postižené části zahrnují:

• Spojovací prvky
• Elektrické konektory
• Systémy ochrany kabelů
• Uvazovací řetězy
• Konstrukční spoje
• Skříně a montážní zařízení

Ochranné strategie mohou zahrnovat výběr vhodného materiálu, ochranné nátěry, izolace různých modulů kontroly > izolatérské moduly odolné proti korozi a upevňovací prvky, hotovta

korozivzdorné kovy a elektrické zařízení by mělo být vybráno pro skutečné podmínky expozice. Námořní vhodnost by měla být ověřena prostřednictvím vhodného testování a certifikace spíše než předpokládaná z běžných venkovních hodnocení.

IEC 61701 poskytuje rámec pro testování koroze solnou mlhou pro fotovoltaické moduly. Je relevantní při hodnocení odolnosti modulu vůči slanému prostředí, ale úspěšné provedení testu solnou mlhou neprokazuje, že celá plovoucí instalace je vhodná pro použití na moři.

9. Elektrická bezpečnost v plovoucích solárních instalacích

Elektrická bezpečnost je obzvláště důležitá, protože plovoucí solární zařízení kombinuje elektřinu, vodu, pohyblivé konstrukce a expozici na moři.

Vhodný návrh by měl zahrnovat:

• Správně hodnocený fotovoltaický kabel
• elektrické moduly pro ochranu
• Approplite izolace
• Bezpečné vedení kabelů
• DC izolace
• Ochrana proti nadproudu
• Uzemnění a pospojování
• Ochrana proti přepětí
• Ochrana střídačů
• Monitorování a detekce poruch
• Bezpečný přístup pro údržbu

Elektrické zařízení by mělo být umístěno a chráněno podle jeho expozice

.

Uspořádání kabelů musí také umožňovat pohyb mezi plovoucími sekcemi. Opakované ohýbání, otěr a tah může poškodit kabely, pokud nejsou správně podepřeny.

Před instalací nebo provozem je nezbytné posouzení elektrické bezpečnosti specifické pro daný projekt.

10. Výkon solární energie v pobřežních podmínkách

Mořský fotovoltaický systém musí zohledňovat několik faktorů, které ovlivňují solární výkon.

Solární záření

Solární záření určuje, kolik sluneční energie dosáhne k panelům. Mění se v závislosti na oblačnosti, denní době, ročním období, orientaci panelu a atmosférických podmínkách.

Teplota modulu

Fotovoltaický výkon obecně klesá, když teplota modulu stoupá nad referenční provozní podmínky.

Voda a vítr mohou ovlivnit chlazení, ale skutečná teplotní výhoda závisí na geometrii systému a místních podmínkách.

Usazování soli na panelu může snížit usazování soli. sluneční světlo dopadající na fotovoltaické články.

Požadavky na čištění závisí na místě, srážkách, mořské sprše a konstrukci modulu.

Stínování

Struktury v okolí, vegetace, plovoucí zařízení a další panely mohou vytvářet stíny.

Rozvržení panelů by mělo omezit nežádoucí stínění a elektrické nesoulady

Systém

System. odstávky, koroze, elektrické závady a výměna součástí ovlivňují množství skutečně dodané elektřiny v průběhu času.

Dobré energetické hodnocení by proto mělo používat realistické provozní předpoklady, místo toho, aby se spoléhalo pouze na ideální sluneční záření.

11. Environmentální aspekty

Plovoucí solární zařízení mohou změnit fyzikální a ekologické podmínky vodní hladiny.

Potenciální environmentální problémy zahrnují:

• Stínování vodní hladiny
• Změny v pronikání světla na aliquaticones
• Rušení při kotvení a instalaci
• Narušení mořského dna
• Účinky na ryby a jiné vodní organismy
• Mořské úlomky a degradace plastů
• Elektromagnetická pole z povrchů elektrické infrastruktury
• Hluk a aktivita plavidel během výstavby a údržby

Některé plovoucí sluneční záření může vypařovat vodu. Tyto potenciální přínosy však nezaručují, že každá instalace má pozitivní ekologický účinek.

Důsledky pro životní prostředí závisí na procentu pokrytí vodou, vzdálenosti plošin, cirkulaci vody, hloubce, typu stanoviště a místních druzích.

U mořské lokality kolem ostrova Saona by bylo nezbytné před výběrem potenciální lokality zmapovat stanoviště a prozkoumat životní prostředí.

12. Dalo by se uvažovat o plovoucí solární energii poblíž ostrova Saona?

Prvním krokem by bylo zjistit, zda by jakýkoli vodní útvar nebo chráněná pobřežní lokalita mohla podporovat plovoucí fotovoltaickou instalaci, aniž by došlo k nepřijatelným konfliktům v oblasti životního prostředí nebo navigace.

Předběžná studie by měla zvážit:

Vystavení vlnám: Je kandidátské místo dostatečně chráněné na moři, nebo by to vyžadovalo specializovanou hloubkuWap pobřežní plošinu Lze plovoucí konstrukci ukotvit bezpečně a hospodárně?

Podmínky mořského dna: Jsou sedimenty vhodné pro navrhovaný kotevní systém?

Vítr a proud: Jaké síly budou na plošinu působit?

Mořská stanoviště: Ovlivnila by instalace citlivé ekosystémy nebo chráněné oblasti provozování plavby lodí, turismu nebo rybolovu: Rybolova: činnost?

Elektrické připojení: Existuje praktický způsob, jak připojit vyrobenou elektřinu k uživateli, akumulačnímu systému nebo síti?

Přístup pro údržbu: Mohou pracovníci bezpečně kontrolovat a opravovat instalaci v místních podmínkách na moři?

Místo by nemělo být považováno za vhodné jednoduše proto, že má dostatek slunečního svitu nebo přístup k mořské vodě.

2. Navrhovaná studie proveditelnosti plovoucí solární energie

Výzkumný program pro region Saona Island by mohl následovat v sedmi fázích.

Fáze 1 – Prověřování stránek na počítači

Používejte dostupné mapy a geografické informační systémy k identifikaci možných kandidátských oblastí.

Zkontrolujte ochranu pobřeží, využití půdy, mořská stanoviště, navigační trasy a stávající infrastrukturu zdrojů>

Solární infrastruktura. Posouzení

Shromažďujte informace o slunečním záření, oblačnosti, teplotě a větru.

Odhadněte očekávaný výkon fotovoltaické energie pomocí ověřených údajů o solárních zdrojích.

Fáze 3 – Batymetrické a geotechnické průzkumy

Změřte hloubku vody a charakteristiky mořského dna a potenciál pro investování.

Investigateas sea anchor> rušení.

Fáze 4 – Monitorování Metocean

Měření nebo modelování vln, proudů, vodních hladin a větrných podmínek.

Identifikujte běžné provozní podmínky a extrémní jevy v prostředí.

Fáze 5 – Koncepční konstrukční návrh

Porovnejte modulární pontony, jiné vhodné konstrukce plovoucích panelů, koncepce pevných panelů a konstrukce. připojení, ukotvení a kotvy.

Fáze 6 – Elektrické a ekologické posouzení

Vypracujte bezpečnou elektrotechnickou koncepci a vyhodnoťte ekologické účinky, rizika kvality vody a požadavky na údržbu.

Fáze 7 – Posouzení ekonomiky a životního cyklu

Odhadněte náklady na výstavbu, instalaci, údržbu, výměnu a vyřazení z provozu.

Porovnejte očekávaný energetický výstup s vhodnou solární alternativou, která je vhodná na pevnině. umístění.

14. Kombinace Floating Solar s bateriovým úložištěm

Solární elektřina je proměnlivá, protože sluneční světlo se mění v průběhu dne a podle povětrnostních podmínek.

Ukládání energie z baterie může pomoci zvládnout tuto variabilitu.

Možný systém by mohl zahrnovat:

Plovoucí fotovoltaické moduly
1. Invertorové zařízení
2. Uložení baterie
3. Systém správy baterií
4. Ovládací prvky řízení energie
5. Místní distribuce elektřiny

Baterie mohou ukládat část přebytečné výroby během dne a uvolňovat elektřinu, když produkce solární energie klesá.

Ukládání však zvyšuje kapitálové náklady, ztráty při přeměně, musí být upraveny požadavky na případnou výměnu baterie,

modely solární výroby a požadovaná úroveň energetické spolehlivosti.

15. Role civilního a námořního inženýrství

Plovoucí solární technika je multidisciplinární inženýrský předmět.

Strukturální inženýrství: Rámy plošin, připojení, podpůrné prvky a strukturální stabilita.

Geotechnické inženýrství: Průzkum mořského dna, kapacita ukotvení a chování půdy.

Úrovně pobřežních vln, pobřeží a vlnové proudy: Pobřežní vlnové inženýrství: expozice.

Hydraulické inženýrství: Pohyb vody, odezva plošiny a potenciální vlivy na místní cirkulaci.

Elektrotechnika: Fotovoltaické rozvody, střídače, ochrana kabelů a elektrická bezpečnost.

Environmentální inženýrství: Kvalita vody, ekologické hodnocení, nakládání s odpady a monitorování životního prostředí Stavební technika, výroba a montáže. plánování.

Tyto disciplíny musí spolupracovat, protože plovoucí konstrukci a její okolní prostředí nelze navrhnout nezávisle.

16. Budoucí vývoj Marine Floating Solar

Výzkum zkoumá pevnější plovoucí konstrukce, vylepšená uspořádání ukotvení, lepší odolnost proti korozi a spolehlivější elektrické systémy.

Potenciální oblasti rozvoje zahrnují:

• Flexibilní plovoucí platformy
• Vylepšené materiály pro ukotvení v moři
• Fovoltaické moduly odolné vůči soli
• Spolehlivější elektrické konektory
• Advanced mooring a Advanced mořská systémy
• Strukturální návrhy reagující na vlny
• Automatické čištění a kontrola
• Dálkové monitorování a digitální dvojčata
• Integrace s bateriemi a dalšími obnovitelnými technologiemi

Hlavní výzvou je prokázat dlouhodobý výkon v reálných podmínkách na moři. Úspěšné instalace nádrží automaticky neprokazují, že stejné návrhy mohou přežít exponovaná pobřežní nebo pobřežní prostředí.

Pro ostrovní oblasti může stát za prostudování pobřežní plovoucí solární zařízení, kde lze prokázat chráněné podmínky, vhodnou infrastrukturu a ochranu životního prostředí.

17. Často kladené otázky

Co je plovoucí solární energie?

Plovoucí solární energie je elektřina generovaná fotovoltaickými panely instalovanými na plovoucích konstrukcích nad vodou.

Jak plovoucí solární panely fungují?

Panely přeměňují sluneční světlo na stejnosměrnou elektřinu. Invertory poté převádějí výstup na střídavý proud pro vhodné elektrické aplikace.

Je plovoucí solární systém efektivnější než pozemní solární systém?

Může fungovat odlišně kvůli teplotě, větru, chlazení a podmínkám instalace. Jakákoli výhoda účinnosti je specifická pro dané místo a měla by být stanovena měřením.

Mohou být plovoucí solární panely instalovány v mořské vodě?

Mořská plovoucí solární energie se technicky zkoumá, ale slaná voda, vlny, koroze, biologické znečištění a kotvení ji činí náročnější než typické instalace nádrží.

Jaký je účel systému plovoucí plošiny moor3 jeho zamýšlenou oblast a přenáší environmentální zátěž na kotvy na mořském dně.

Ovlivňují usazeniny soli solární panely?

Ano. Usazeniny soli a jiné povrchové znečištění mohou snížit množství světla pronikajícího do fotovoltaických článků, takže může být nutné vhodné čištění a údržba.

Je plovoucí solární zařízení ekologicky neškodné?

Ne. Může ovlivnit pronikání světla, vodní podmínky, stanoviště, oblasti mořského dna a mořské aktivity. Je nezbytné posouzení životního prostředí specifické pro dané místo.

Má ostrov Saona již plovoucí solární elektrárnu?

Tento článek netvrdí, že na ostrově Saona existuje plovoucí solární zařízení. Skutečný návrh by vyžadoval ověřená data o místě, technické studie proveditelnosti, přezkoumání životního prostředí a příslušná schválení.

Může plovoucí solární zařízení fungovat za oblačného počasí?

Fotovoltaické panely mohou vyrábět elektřinu při rozptýleném slunečním světle, ale výkon je obecně nižší než při silném přímém slunečním světle. Baterie mohou pomoci zvládnout změny ve výrobě.

Je plovoucí solární energie lepší než plovoucí pobřežní vítr?

Žádné z nich není univerzálně lepší. Solární a větrná energie mají různé vzorce zdrojů, strukturální požadavky, hlediska životního prostředí a provozní náklady. Místní energetické hodnocení by mělo porovnat vhodné možnosti.

Závěr

Plovoucí solární energie kombinuje fotovoltaickou výrobu elektřiny s plovoucími konstrukčními systémy. Může snížit požadavky na půdu a může poskytnout užitečné příležitosti tam, kde jsou k dispozici vhodné vodní plochy a podpůrná infrastruktura.

Mořská plovoucí solární energie je však mnohem náročnější než konvenční instalace v nádržích. Vlny, koroze slanou vodou, zatížení uvazováním, elektrická bezpečnost, růst moří a dopady na životní prostředí, to vše musí být řešeno pečlivým inženýrstvím.

Pro ostrov Saona zůstává plovoucí solární systém spíše možným výzkumným konceptem než potvrzeným místním projektem. Nejzodpovědnějším přístupem by bylo začít screeningem lokality, hodnocením solárních zdrojů, batymetrickými a geotechnickými průzkumy, environmentálním průzkumem a analýzou strukturální proveditelnosti.

Začleněním civilního, pobřežního, strukturálního, elektrického a environmentálního inženýrství mohou výzkumníci určit, zda by plovoucí fotovoltaický systém mohl bezpečně a zodpovědně přispět k možnostem obnovitelné energie v širším Karibiku.