สิ่งใหม่ภายใต้ดวงอาทิตย์: แผงโซลาร์เซลล์ลอยน้ำ

18 ตุลาคม 2565 07:49 น

สตีฟ เฮอร์แมน

สตาฟฟอร์ด เวอร์จิเนีย —

ใครบอกว่าไม่มีอะไรใหม่ภายใต้ดวงอาทิตย์?

หนึ่งในนวัตกรรมที่ร้อนแรงที่สุดสำหรับการผลิตไฟฟ้าที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษคือเซลล์แสงอาทิตย์แบบลอยน้ำหรือ FPV ซึ่งเกี่ยวข้องกับการยึดแผงโซลาร์เซลล์ในแหล่งน้ำ โดยเฉพาะทะเลสาบ อ่างเก็บน้ำ และทะเลบางโครงการในเอเชียรวมแผงหลายพันแผงเพื่อสร้างพลังงานหลายร้อยเมกะวัตต์

FPV เป็นผู้นำในเอเชียและยุโรป ซึ่งมีความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจอย่างมากด้วยพื้นที่เปิดโล่งที่มีมูลค่าสูงสำหรับการเกษตร

ระบบที่เรียบง่ายระบบแรกได้รับการติดตั้งในญี่ปุ่นและที่โรงกลั่นไวน์ในแคลิฟอร์เนียในปี 2550 และ 2551

บนบก โครงการขนาด 1 เมกะวัตต์ต้องการพื้นที่ระหว่าง 1 ถึง 1.6 เฮกตาร์

โครงการพลังงานแสงอาทิตย์ลอยน้ำมีความน่าสนใจมากยิ่งขึ้นเมื่อสามารถสร้างบนแหล่งน้ำที่อยู่ติดกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีสายส่งที่มีอยู่

โครงการดังกล่าวที่ใหญ่ที่สุดส่วนใหญ่อยู่ในจีนและอินเดียนอกจากนี้ยังมีโรงงานขนาดใหญ่ในบราซิล โปรตุเกส และสิงคโปร์อีกด้วย

โครงการโซลาร์ฟาร์มลอยน้ำขนาด 2.1 กิกะวัตต์ที่เสนอบนพื้นที่ราบน้ำขึ้นน้ำลงบนชายฝั่งทะเลเหลืองในเกาหลีใต้ ซึ่งจะมีแผงโซลาร์เซลล์จำนวน 5 ล้านโมดูลบนพื้นที่ครอบคลุม 30 ตารางกิโลเมตรด้วยราคา 4 พันล้านดอลลาร์ กำลังเผชิญกับอนาคตที่ไม่แน่นอนด้วย รัฐบาลใหม่ในกรุงโซลประธานาธิบดียูน ซุกยอล ระบุว่าเขาชอบที่จะเพิ่มพลังงานนิวเคลียร์มากกว่าพลังงานแสงอาทิตย์

โครงการขนาดกิกะวัตต์อื่นๆ กำลังเคลื่อนตัวออกจากกระดานวาดภาพในอินเดีย ลาว รวมถึงทะเลเหนือ นอกชายฝั่งเนเธอร์แลนด์

เทคโนโลยีนี้ยังสร้างความตื่นเต้นให้กับนักวางแผนในแถบตอนใต้ทะเลทรายซาฮาราของแอฟริกาด้วยอัตราการเข้าถึงไฟฟ้าที่ต่ำที่สุดในโลกและมีแสงแดดอันอุดมสมบูรณ์

ในประเทศที่ต้องพึ่งพาไฟฟ้าพลังน้ำจำนวนมาก “มีความกังวลเกี่ยวกับการผลิตไฟฟ้าในช่วงฤดูแล้งจะเป็นอย่างไร และด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เราคาดหวังว่าเราจะได้เห็นเหตุการณ์สภาพอากาศที่รุนแรงมากขึ้นเมื่อเราคิดถึงเรื่องภัยแล้ง ก็มีโอกาสที่จะมี FPV เป็นทางเลือกพลังงานทดแทนอีกทางหนึ่งในชุดเครื่องมือของคุณ” Sika Gadzanku นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ในโคโลราโดอธิบาย“ดังนั้น แทนที่จะพึ่งพาพลังน้ำมากนัก ตอนนี้คุณสามารถใช้ FPV มากขึ้น และลดการพึ่งพาพลังน้ำในช่วงฤดูแล้งมาก เพื่อใช้เซลล์แสงอาทิตย์แบบลอยตัว”

ความครอบคลุมร้อยละ 1 ของอ่างเก็บน้ำพลังน้ำที่มีแผงโซลาร์ลอยน้ำสามารถช่วยเพิ่มกำลังการผลิตโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีอยู่ในแอฟริกาได้ถึงร้อยละ 50 ต่อปีการศึกษาที่ได้รับทุนสนับสนุนจากคณะกรรมาธิการยุโรป.

ไฟล์ – แผงโซลาร์เซลล์ได้รับการติดตั้งที่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ลอยน้ำในทะเลสาบในเมืองฮัลเทิร์น ประเทศเยอรมนี วันที่ 1 เมษายน 2022

ความท้าทาย

อย่างไรก็ตาม อาจเกิดอันตรายจากไฟฟ้าโซลาร์ลอยได้โรงงานแห่งหนึ่งถูกไฟไหม้ในจังหวัดชิบะ ประเทศญี่ปุ่นเมื่อปี 2562 เจ้าหน้าที่กล่าวโทษพายุไต้ฝุ่นที่ทำให้แผงโซลาร์เซลล์เคลื่อนตัว ทำให้เกิดความร้อนสูงและอาจทำให้เกิดไฟไหม้ที่โรงงานขนาด 18 เฮกตาร์ซึ่งมีแผงโซลาร์เซลล์ลอยน้ำมากกว่า 50,000 แผงที่เขื่อนยามาคุระ

อุปสรรคที่สำคัญที่สุดในการนำเทคโนโลยีมาใช้ในวงกว้างในปัจจุบันคือราคาการสร้างอาร์เรย์ลอยน้ำมีราคาแพงกว่าการติดตั้งที่มีขนาดใกล้เคียงกันบนบกแต่ด้วยต้นทุนที่สูงกว่า จึงมีประโยชน์เพิ่มเติม: เนื่องจากการระบายความร้อนของแหล่งน้ำแบบพาสซีฟ แผงลอยน้ำจึงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไปนอกจากนี้ยังช่วยลดการสัมผัสแสงและลดอุณหภูมิของน้ำ ช่วยลดการเจริญเติบโตของสาหร่ายที่เป็นอันตราย

ทั้งหมดนี้ฟังดูมีแนวโน้มดีสำหรับเจ้าหน้าที่ในเมืองวินด์เซอร์ ในประเทศไวน์ทางตอนเหนือของแคลิฟอร์เนียแผงโซลาร์เซลล์เกือบ 5,000 แผง แต่ละแผงผลิตไฟฟ้าได้ 360 วัตต์ ปัจจุบันลอยอยู่บนบ่อบำบัดน้ำเสียแห่งหนึ่งในเมืองวินด์เซอร์

“พวกมันทั้งหมดเชื่อมโยงถึงกันแต่ละแผงจะมีทุ่นของตัวเองและพวกมันเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างดีด้วยการกระทำของคลื่นและลม”คุณจะแปลกใจว่าทำไมพวกมันถึงดูดคลื่นและขับไล่มันออกไปโดยไม่ทำให้แตกหรือแยกออกจากกัน” Garrett Broughton วิศวกรโยธาอาวุโสของแผนกโยธาของวินด์เซอร์กล่าว

แผงลอยน้ำนั้นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและเป็นงบประมาณของวินด์เซอร์ ซึ่งบิลค่าไฟฟ้าของโรงบำบัดน้ำเสียถือเป็นบิลที่ใหญ่ที่สุดของรัฐบาลเมือง

สมาชิกสภาเมือง Debora Fudge ผลักดันโครงการขนาด 1.78 เมกะวัตต์ แทนที่จะวางแผงโซลาร์เซลล์ไว้บนที่จอดรถ

“พวกมันชดเชยคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 350 ตันต่อปีและพวกเขายังให้พลังงาน 90 เปอร์เซ็นต์ที่เราต้องการสำหรับการดำเนินการทั้งหมดเพื่อบำบัดน้ำเสีย สำหรับการดำเนินงานทั้งหมดของลานบริษัทของเรา และยังสำหรับการสูบน้ำเสียของเราไปยังไกเซอร์ ซึ่งเป็นทุ่งความร้อนใต้พิภพ ประมาณ 40 ไมล์ ( ไปทางเหนือ 64 กิโลเมตร” ฟัดจ์บอกกับ VOA

เมืองนี้เช่าแผงลอยน้ำจากบริษัทที่ติดตั้งแผงลอยดังกล่าว ซึ่งกำหนดราคาค่าไฟฟ้าตามสัญญาระยะยาว ซึ่งหมายความว่าเมืองวินด์เซอร์จะจ่ายเงินประมาณ 30% ของราคาที่ใช้ไปก่อนหน้านี้ด้วยปริมาณพลังงานที่เท่าเดิม

“ไม่ใช่ว่าเราลงทุนในสิ่งที่เราจะไม่ได้รับผลตอบแทนเราได้รับผลตอบแทนเมื่อเราพูดและเราจะได้รับผลตอบแทนเป็นเวลา 25 ปี” แซม แซลมอน นายกเทศมนตรีเมืองวินด์เซอร์กล่าว

ระบบลอยน้ำไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อปกคลุมแหล่งน้ำทั้งหมด เพื่อให้สามารถดำเนินกิจกรรมอื่นๆ ต่อไปได้ เช่น การพายเรือและการตกปลา

“เราไม่ถือว่าโครงสร้างลอยน้ำจะครอบคลุมแหล่งน้ำทั้งหมด ซึ่งมักจะเป็นเพียงเปอร์เซ็นต์ที่น้อยมากของแหล่งน้ำนั้น” Gadzanku จาก NREL กล่าวกับ VOA“แม้เพียงมองจากมุมมองภาพ คุณไม่อยากเห็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ปกคลุมทั่วทั้งอ่างเก็บน้ำ”

NREL ได้ระบุแหล่งน้ำที่มนุษย์สร้างขึ้น 24,419 แห่งในสหรัฐอเมริกาว่าเหมาะสมสำหรับการวางตำแหน่ง FPVแผงลอยน้ำที่ครอบคลุมพื้นที่มากกว่าหนึ่งในสี่ของแต่ละไซต์เหล่านี้อาจสร้างความต้องการพลังงานเกือบ 10 เปอร์เซ็นต์ของอเมริกาตามห้องปฏิบัติการ.

หนึ่งในสถานที่เหล่านั้น ได้แก่ ทะเลสาบสมิธขนาด 119 เฮกตาร์ ซึ่งเป็นอ่างเก็บน้ำที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งบริหารงานโดยเทศมณฑลสแตฟฟอร์ดในรัฐเวอร์จิเนียเพื่อผลิตน้ำดื่มนอกจากนี้ยังเป็นสถานที่ตกปลาเพื่อสันทนาการที่อยู่ติดกับฐานทัพ Quantico ของนาวิกโยธินสหรัฐฯ

“แหล่งน้ำที่มีคุณสมบัติเหมาะสมหลายแห่งเหล่านี้อยู่ในพื้นที่ที่มีน้ำขังซึ่งมีต้นทุนการซื้อที่ดินและราคาไฟฟ้าที่สูง ซึ่งบ่งบอกถึงประโยชน์หลายประการของเทคโนโลยี FP” ผู้เขียนรายงานการศึกษาเขียน

“มันเป็นตัวเลือกที่มีเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วมากมายอยู่เบื้องหลัง” Gadzanku กล่าว