ما هي المزارع الشمسية العائمة؟ وما هي أهم تجاربها العالمية؟

انتشرت المزارع الشمسية العائمة في المدة الأخيرة في بعض الدول، نتيجة ضرورة التحوُّل إلى الطاقة المتجدِّدة والاستفادة من طاقة الشمس لتوليد الطاقة، ونتيجة بعض مساوئ المنظومة الشمسية، وأبرزها أنَّها تحتاج إلى مساحة كبيرة لتوليد كميات كبيرة؛ لذا فكرت بعض الدول في الاستفادة من المساحات المائية.

نستعرض أدناه مفهوم المزارع الشمسية العائمة، وما هي مميزاتها وأبرز التحديات التي تواجهها وأبرز التجارب العالمية في هذا المجال.

مفهوم المزارع الشمسية العائمة:

المزارع الشمسية العائمة أو الخلايا الكهروضوئية العائمة (FPV) هي عبارة عن ألواح شمسية مركبة على هيكل يطفو على سطح مائي، قد يكون خزاناً مثل خزانات مياه الشرب أو بحيرة مثل بحيرات المحاجر أو قنوات الري أو أحواض المعالجة والعوادم.

يمكن تصنيف معظم التركيبات إلى ثلاث فئات: وحدات مركَّبة على طوَّافات، وأخرى مركَّبة على أطواف مصنوعة من البلاستيك والفولاذ المجلفن، وأخرى مركَّبة على أطواف بلاستيكية بالكامل.

ظهور المزارع الشمسية العائمة:

كان المواطنون الأمريكيون والدانماركيون والفرنسيون والإيطاليون واليابانيون أول من سجل براءات اختراع للطاقة الشمسية العائمة؛ إذ تعود أول براءة اختراع مسجلة بشأن الوحدات الكهروضوئية على الماء في "إيطاليا" في فبراير 2008.

ابتكر مصنع "Far Niente Winery" في "أوكفيل كاليفورنيا" أول نظام للمزارع الشمسية العائمة في العالم، فقد ركَّب 994 وحدة من وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بسعة إجمالية تبلغ 477 كيلو واط على 130 جسر، وتطفو على بركة الري الخاصة بالمصنع، ثم طوَّرت "كيوسيرا" ما كان أكبر مزرعة في العالم بحجم 13.4 ميجاوات على الخزان فوق سد "ياماكورا" في محافظة "تشيبا" من خلال تركيب 50000 لوحاً شمسياً.

لقد توسَّع إنتاج الطاقة من المصادر الكهروضوئية الشمسية العائمة توسعاً كبيراً في النصف الأخير من عام 2010، ومن المتوقع أن ينمو نمواً كبيراً في أوائل عام 2020، وقد اقتبست مجموعة MIRARCO وهي مؤسسة إعادة تأهيل ابتكارات التعدين والبحوث التطبيقية "أونتاريو كندا" حلولاً عديدة طُرحت في عامي 2008-2011 و2012-2014.

كما أُنشِئَت المزارع الشمسية العائمة المقاومة للماء المالح لتلائم استخدام المحيط، فقد أُعلِن عن أكبر مشروع في هذا النطاق عام 2015 وهو محطة طاقة 350 ميجاوات في منطقة الأمازون في البرازيل، وفي عام 2021 رُكِّبت محطة مشتركة للطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية بقدرة 45 ميجاوات في "تايلاند"، وافتُتحَت منشأة بقدرة 320 ميجاوات في "الصين" عام 2022.

ميزات المزارع الشمسية العائمة:

تمتلك المزارع الشمسية العائمة ميزات تجعلها أفضل من مثيلاتها على الأرض؛ فالأسطح المائية أقل تكلفة من الأرض؛ فهي تأتي مع عدد أقل من القواعد واللوائح للهياكل المبنية على المسطحات المائية غير المستخدمة للترفيه، فضلاً عن الميزات الآتية:

1. عدم شغل الأرض:

ما يميز المزارع الشمسية العائمة أنَّها لا تشغل أية مساحة على الأرض عدا الأسطح المحدودة اللازمة لتوصيل الخزانة الكهربائية والشبكات.

2. التركيب وإيقاف التشغيل:

تكون المحطات الكهروضوئية العائمة أكثر إحكاماً من المحطات الأرضية، كما أنَّ إدارتها أبسط، وتركيبها وإيقاف تشغيلها يتم مباشرة؛ فالنقطة الأساسية هي عدم وجود هياكل ثابتة مثل الأساسات المستخدمة في مصنع أرضي؛ ومن ثَمَّ قد يكون تركيبها قابلاً للعكس.

شاهد بالفديو: 8 حلول للحد من ظاهرة التلوث البيئي

3. الحفاظ على المياه وجودتها:

قد تقلِّل التغطية الجزئية لأحواض المياه من تبخُّر المياه؛ فهي تعتمد على الظروف المناخية ونسبة السطح المغطى، وتفيد هذه الميزة في المناخات القاحلة كما في بعض مناطق الهند؛ إذ يُحفظ نحو 30% من تبخُّر السطح المُغطَّى.

4. زيادة كفاءة اللوح نتيجة التبريد:

يؤدي تبريد الماء قرب الألواح الكهروضوئية إلى زيادة في الطَّاقة تتراوح بين 5% إلى 15%؛ إذ يمكن زيادة التبريد الطبيعي من خلال طبقة مائية على الوحدات الكهروضوئية أو بغمرها بما يسمى SP2؛ ومن ثَمَّ ترتفع كفاءة الوحدات الكهروضوئية العالمية نتيجة غياب الانجراف الحراري.

5. التتبُّع:

يمكن تدوير المنصات العائمة الكبيرة أفقياً ورأسياً لتتبُّع الشمس؛ إذ تستخدم المصفوفات الشمسية المتحركة طاقة قليلة، ولا تحتاج إلى جهاز ميكانيكي معقد مثل المحطات الكهروضوئية الأرضية، ويكلِّف تجهيز محطة عائمة الكهروضوئية نظام تتبع تكلفة إضافية قليلة، بينما يمكن أن يتراوح اكتساب الطاقة من 15% إلى 25%.

6. السيطرة على البيئة:

تحد المزارع الشمسية العائمة من تكاثر الطحالب التي تعانيها البلدان الصناعية، كما تقلِّل الضوء على التلوث البيولوجي في السطح مباشرة.

تحديات المزارع الشمسية العائمة:

توجد تحديات تواجهها المزارع الشمسية العائمة على الرَّغم من ميزاتها، وهي:

1. السلامة الكهربائية والموثوقية طويلة الأمد:

يجب أن يمتلك النظام زيادة كبيرة في مقاومة التآكل عند تشغيل المزارع الشمسية العائمة على الماء طوال فترة خدمته بالكامل، إضافة إلى امتلاكه قدرات طفو طويلة الأمد مثل العوامات خاصة عند التركيب فوق الماء.

2. الموجات:

يجب أن تكون مكونات نظام المزارع الشمسية العائمة بما في ذلك الأسلاك والتوصيلات المادية والعوامات والألواح، قادرة على تحمُّل رياح أعلى نسبياً من على الأرض والأمواج الشديدة، خاصة في المنشآت البحرية أو القريبة من الشاطئ.

3. تعقيد الصيانة:

تُعدُّ نشاطات التشغيل والصيانة أكثر صعوبة على المياه منها على الأرض، ويوجد في الوقت الحالي عدد قليل من هذه الأنظمة في فرنسا والهند واليابان وكوريا الجنوبية والمملكة المتحدة وسنغافورة والولايات المتحدة.

أهم التجارب العالمية في المزارع الشمسية العائمة:

تقع أكبر محطة طاقة شمسية عائمة عاملة في عام 2021 في الصين، كما تستحوذ الصين والهند معاً على ستة مشاريع من أكبر عشرة مشاريع للطاقة الشمسية العائمة في العالم في مختلف التطوير وتتجلَّى هذه المشاريع فيما يأتي:

1. مشروع Saemangeum للطاقة الشمسية العائمة:

اتفقت شركة "Ocean Sun" في "النرويج" وشركة "EN Technologies" في "كوريا الجنوبية" في يوليو 2020 على تطوير أكبر محطة للطاقة الشمسية العائمة في العالم قرب مسطح مد وجزر عند مصبات الأنهار على ساحل "البحر الأصفر" "Saemangeum" بقدرة 0.5 جيجاوات على مساحة 30 كيلومتر مربع.

2. مزرعة شمسية عائمة لسد أومكاريشوار:

قُرِّر بناء مشروع طاقة شمسية عائمة بقدرة 600 ميجاوات في سد "أومكاريشوار" في "ماديا براديش" في الهند بدعم من اتفاقية شراء الطاقة (PPA) مع شركة "Madhya Pradesh Power Management،"Company وسيُبنى على مساحة 2000 هكتار على نهر "نارمادا" في منطقة "خاندوا" باستثمارات تقدَّر على نحو 30 مليار روبية.

3. مزرعة الطاقة الشمسية في Hangzhou Fengling Electricity Science Technology:

طوَّرت "Hangzhou Fengling Electricity Science Technology" محطة طاقة كهروضوئية عائمة بقدرة 320 ميجاوات في مقاطعة Zhejiang في الصين على مرحلتين؛ إذ انتهت من المرحلة الأولى بقدرة 200 ميجاوات في عام 2017، بينما انتهت المرحلة الثانية بقدرة 120 ميجاوات في أبريل 2020؛ فبُنيَت المحطة على خزانات Changhe وZhouxiang في Cixi لتنتج نحو 352 مليون كيلوواط / ساعة من الطاقة الخضراء، مع المحوِّلات المركزية الكهروضوئية التي توفِّرها KSTAR، كما يجمع المشروع بين الطاقة الشمسية وعمليات تربية الأحياء المائية؛ فتُوضع الأسماك في المياه أسفل الألواح الكهروضوئية.

4. مزرعة الطاقة الشمسية العائمة Three Gorges New Energy:

من المتوقع أن تزود مزرعة الطاقة الشمسية العائمة "Three Gorges New Energy" بقدرة 150 ميجاوات بالطاقة 94000 منزلاً في مقاطعة Anhui في شرق الصين، فقد بُنيَت على بحيرة ظهرت بعد انهيار منجم فحم سابق، يُثبَّت بوحدات الطاقة الشمسية التي توفِّرها LONGi Solar.

5. مشروع الطاقة الكهروضوئية العائم لخزان سيراتا:

يُقترح تطوير مشروع Cirata الكهروضوئي العائم بقدرة 145 ميجاوات على مساحة 225 هكتار في خزان "سيراتا" في منطقة "جاوة الغربية" في "إندونيسا"، وقد قُرِّر أن يكون أول محطة للطاقة الشمسية العائمة في البلاد سيزيل 214000 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنوياً، ويولِّد ما يكفي من الطاقة لتلبية احتياجات الكهرباء لـ 50000 أسرة.

6. مشروع الطاقة الشمسية NTPC Kayamkulam:

تخطط شركة "تاتا باور سولار" لبناء مشروع طاقة شمسية عائمة بقدرة 105 ميجاوات على خزان تابع لشركة الطاقة الحرارية الوطنية (NTPC) في "كايامكولام" في "ألابوزا" في "كيرالا".

يتضمن المشروع الذي تبلغ قيمته 3.33 مليار روبية عنصر التشغيل والصيانة (O&M) لمدة ثلاث سنوات.

7. محطة الطاقة الشمسية NTPC Ramagundam:

تنفِّذ شركة "BHEL" في الوقت الحالي محطة طاقة شمسية عائمة بقدرة 100 ميجاوات في NTPC Ramagundam في "تيلانجانا" في الهند، وسيُرَكب على خزان موازنة للشركة على مساحة 450 فداناً من المياه السطحية.

8. مشروع الطاقة الشمسية العائمة CECEP:

يحتوي مشروع الطاقة الشمسية العائمة لشركة "CECEP" في "آنهوي" في الصين على 194.731 لوحاً شمسياً، وقد وُصلت بشبكة الطاقة في مارس 2019، ورُكِّبت المزرعة باستخدام تقنية "Ciel & Terre's Hydrelio®" المتخصصة في الطاقة الشمسية لتغطي أكثر من 60 هكتاراً مع 194.731 لوحاً شمسياً عائماً.

9. مشروع الطاقة الشمسية العائمة Tuas التابع لشركة Sembcorp:

يُعدُّ مشروع الطاقة الشمسية العائمة Tuas التابع لشركة "Sembcorp" في "سنغافورة" أكبر المزارع الشمسية العائمة في العالم؛ إذ ستُنشَأ محطة بقدرة 60 ميجاوات على خزان في مساحة تعادل 45 ملعباً لكرة القدم، وستُركَّب أكثر من 146000 لوحة شمسية، وستُثبَّت بوحدات PV ذات زجاج مزدوج لتحسين المتانة في الظروف الرطبة، ومن المتوقع أن تُعوِّض 32000 طناً من انبعاثات الكربون سنوياً لمدة 25 عاماً.

10. محطة الطاقة الكهروضوئية العائمة لسد هابتشون:

تُعدُّ محطة الطاقة الشمسية لسد "هابتشون" من أكبر المزارع الشمسية العائمة في العالم، وتعود إلى "Hanwa Q CELLS"، وهي المسؤولة عن تطويرها بقدرة 41 ميجاوات في "كوريا الجنوبية"؛ إذ منح المعهد الكوري للموارد المائية "K-water" حقوق تطوير مشروع المزرعة الشمسية لشركة "Q CELLS" في أغسطس 2020، كما حصلت الشركة على الموافقة النهائية لبدء البناء في نوفمبر عام 2020، ومن المتوقع أن يوفِّر المشروع طاقة خضراء تكفي لتشغيل نحو 60 ألف منزلاً سنوياً.

 في الختام:

إنَّ بعض الدول المتقدمة تسعى إلى الاستفادة من تقنية المزارع الشمسية العائمة لتعود بفوائد كثيرة في توليد الكهرباء.