در تعریف کلی، یک نیروگاه مزرعه خورشیدی شناور، شکل نسبتا جدیدی از تولید انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ است. اصل عملکرد این نیروگاه مزرعه، دقیقا مشابه نیروگاه مزرعه های خورشیدی فوتوولتاییک است که در خشکی اجرا و راه اندازی می شود، البته با کمی تفاوت و هم چنین رعایت اصول امنیتی و فنی جهت حفاظت از نفوذ رطوبت، زنگ زدگی و … انجام می شود. انگیزه اصلی از اجرای این نیروگاه مزرعه، استفاده از انرژی خورشیدی جهت تولید برق در مکان ها و جغرافیاهایی می باشد که با کمبود زمین مناسب و در دسترس برای پارک های خورشیدی مواجه هستند. مناطق آبی مانند حوضه های آبیاری، انبارهای لایروبی، مکان های استخراج شن و حوضه ها و حوضه های نزدیک تصفیه خانه ها می توانند به عنوان مکان هایی برای تولید انرژی خورشیدی استفاده شوند. به عنوان گام بعدی، ما به دنبال گزینه ها و فرم های اجرایی برای انرژی خورشیدی در آب های داخلی بزرگتر هستیم. در دریاچه IJsselmeer این ممکن است به شکل پارک های خورشیدی شناور در یک جزیره مصنوعی حلقه ای شکل (آتول) امکان پذیر باشد. در بلندمدت، پارک‌های خورشیدی در دریا نیز از نظر فنی و اقتصادی امکان‌پذیر می‌شوند، برای مثال در ترکیب با مزارع بادی فراساحلی.
در این نیروگاه مزرعه، ماژول هایی که پنل خورشیدی بر روی آن نصب می شود، بصورت شناور بر روی آب است که توسط لنگری در کف آب ثابت شده و هم چنین پایه ها و نگهدارنده هایی که در خشکی و در نزدیکی شناورها در نظر گرفته شده، مهار می شوند. البته باید توجه داشت که ماژول ها ضمن داشتن استحکام کافی و برخورداری از اتصالات محکم، می بایست ساختار شبکه مانند و به اندازه کافی انعطاف پذیر داشته باشند است تا بتواند با حرکات آب تنظیم شده و با تغییرات سطح آب و بخصوص پدیده جزر و مد و امواج، دچار مشکل و خرابی نشوند. از سوی دیگر، شناورها نیز از پلاستیک بادوام ساخته می شوند که بتوانند به راحتی در برابر باد و آب و هوا برای چندین سال مقاومت کنند و در پایان عمر مفید آنها قابل بازیافت باشند. در ادامه، برای داشتن بیشترین راندمان و عملکرد پنل ها خورشیدی، با زاویه مایل نصب می شوند. هر رشته پنل خورشیدی، دارای یک کابل اختصاصی است که از روی شناورها به سمت خشکی امتداد دارد. مزرعه خورشیدی ردیف به ردیف رشد می کند. به محض تکمیل یک مربع از ماژول ها، می توان آن را از ساحل به محل مورد نظر خود با قایق کشید.
همکاری نیروگاه مزرعه خورشیدی شناور و بادی فراساحلی
پروژه های خورشیدی شناوری که در مقیاس ها و ظرفیت های بزرگ اجرا می شوند، اغلب در نزدیکی خود، با نیروگاه مزرعه های بادی فراساحلی قرار دارند و می تواند نوید بخش این مسئله باشد که در طول زمان بسیار مکمل یکدیگر هستند، از نظر سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های الکتریکی، که این موضوع سود کارآمدی را به همراه خواهد داشت.
مزایا و چالش های پارک های خورشیدی شناور
مزایای بالقوه پارک های خورشیدی شناور عبارتند از:
- خورشیدی شناور می تواند برای رسیدن به بیشترین میزان بهره وری از انرژی خورشیدی در چرخه تامین انرژی کمک شایانی کند.
- از نظر تامین انرژی برقی، پوشش خوبی برای مناطق با تراکم جمعیت بالا که در سواحل و یا در نزدیکی آب قرار دارند، فراهم می کند.
- بطور بلقوه، نسبت به نیروگاه مزرعه هایی که در زمین و خشکی احداث می شوند، اغلب مقیاس بزرگتری دارند که ظرفیت بیشتری را نیز بهمراه دارد.
- در مواردی که احداث پارک خورشیدی شناور منافاتی با سایر عملکردهای محدوده آبی مورد نظر نداشته باشد، اجرای پروژه های خورشیدی شناور با مقاومت کمتری از سوی جامعه مواجه هستند.
- این نوع نیروگاه مزرعه های خورشیدی استعداد ارائه بازده برق بالاتری نسبت به هم نوعان خود در خشکی دارند.
- گاهی اوقات، نیروگاه مزرعه های خورشیدی شناور می توانند به عنوان پوشش مفیدی برای سطح آب عمل کنند؛ بخصوص زمانی که این پوشش از آلودگی یا تبخیر آب، مانند مخزن آب آشامیدنی، ارزش افزوده داشته باشد.
- از دیگر مزایای پارک خورشیدی شناور هم می توان به خنک شدن طبیعی پانل ها و تابش بیشتر در بالای آب در مقایسه با سطح زمین اشاره کرد.
از جمله چالش های اصلی برای نیروگاه خورشیدی شناور می توان به این موارد اشاره کرد:
- میزان مقاومت در برابر امواج و باد که بسیار به نوع طراحی سیستم و روش های لنگر زدن و مهار کردن وابسته است.
- چگونه می توان ارتباط بین طراحی، تدارکات و نگهداریسیستم را به گونه ای طراحی کرد که ساخت سریع نیروگاه مزرعه شناور در محل امکان پذیر باشد؟
- چگونه تعادل مناسبی بین تولید خارج از محل اجزای سیستم، هزینه های حمل و نقل و ساخت و ساز در محل پیدا کنیم؟
- چگونه می توان میزان کار تعمیر و نگهداری را از طریق طراحی بهینه به حداقل رساند؟
- طول عمر و قابلیت اطمینان سیستم و اجزای آن در شرایط مرطوب و خورنده
- توجه به جنبه های طراحی مربوط به درآمدها و هزینه ها که شامل بهینه سازی اثر خنک کننده، کاربرد احتمالی ردیابی خورشید یا دو وجهی بودن، انتخاب زاویه شیب در رابطه با بار باد و بهینه سازی تابش و به حداقل رساندن تلفات عدم تطابق ناشی از امواج است.
