Ένα φωτοβολταϊκό πάρκο σε παλιρροϊκό κόλπο παρήγαγε περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια και μεγαλύτερο κέρδος από ένα αντίστοιχο χερσαίο έργο που βρίσκεται κοντά του, αν και ενδέχεται να προκύψουν δυσκολίες όσο τα πλωτά φωτοβολταϊκά μεταφέρονται πιο ανοιχτά στη θάλασσα.
Το ωκεάνιο περιβάλλον μπορεί να αποτελέσει το επόμενο πεδίο ανάπτυξης για τη ραγδαία αναπτυσσόμενη βιομηχανία της ηλιακής ενέργειας. Αυτό δείχνει μελέτη που διαπιστώνει ότι ένα πλωτό φωτοβολταϊκό πάρκο ανοιχτά της Ταϊβάν παράγει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια και μεγαλύτερο κέρδος από ένα αντίστοιχο χερσαίο πάρκο σε κοντινή απόσταση.
Η Ταϊβάν έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με την Ολλανδία, αλλά είναι κυρίως ορεινή και έχει 5 εκατομμύρια περισσότερους κατοίκους, γεγονός που σημαίνει ότι ο ελεύθερος χώρος είναι περιορισμένος. Ως πιθανή λύση, η Chenya Energy κατασκεύασε την περίοδο 2020-21 ένα πλωτό φωτοβολταϊκό έργο ισχύος 181 μεγαβάτ σε 1,8 τετραγωνικά χιλιόμετρα νερού, στον προστατευμένο κόλπο ενός βιομηχανικού πάρκου στη δυτική Ταϊβάν.
Τον προηγούμενο χρόνο, η Taiwan Power Company είχε κατασκευάσει ένα χερσαίο φωτοβολταϊκό έργο ισχύος 100 μεγαβάτ σε 1,4 τετραγωνικά χιλιόμετρα κοντά στον κόλπο, προσφέροντας έτσι μια ιδανική σύγκριση, αφού οι ερευνητές απέκλεισαν τα επιπλέον 81 μεγαβάτ ισχύος της πλωτής εγκατάστασης.
Πώς έρχεται η ηλιακή ενέργεια plug-in – πόσο επικίνδυνη είναι και αξίζει;
Σε αναλογία ισχύος προς ισχύ, το πλωτό φωτοβολταϊκό παράγει 12% περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από το χερσαίο, σύμφωνα με τη μελέτη. Παρότι έχει ελαφρώς υψηλότερο κόστος λειτουργίας και συντήρησης, αποδίδει καθαρό κέρδος 11%, έναντι 8% για το χερσαίο έργο.
«Η εγκατάσταση του φωτοβολταϊκού συστήματος στη θάλασσα, πάνω στο νερό, είναι δυσκολότερη από την εγκατάσταση του συστήματος στο έδαφος», λέει ο επικεφαλής της μελέτης, Ching-Feng Chen, από το National Taipei University of Technology. Όμως «για τη μείωση του άνθρακα, τη μείωση των εκπομπών, το OFPV είναι πολύ καλύτερο από το LPV».
Περισσότερα από 1.100 πλωτά φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν κατασκευαστεί σε λίμνες και ταμιευτήρες, κυρίως στην Κίνα και σε άλλες πυκνοκατοικημένες ασιατικές χώρες.
Το βασικό πλεονέκτημά τους είναι ότι δεν αφαιρούν γη από τη γεωργία ή την ανάπτυξη, ενώ μπορούν επίσης να παράγουν έως και 20% περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από τα χερσαία συστήματα, αν και το ποσοστό αυτό διαφέρει σημαντικά από σημείο σε σημείο. Η καλύτερη απόδοση οφείλεται στο ότι η αποδοτικότητα των ηλιακών πάνελ μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, ενώ πάνω από το νερό οι συνθήκες είναι συνήθως 2-3°C πιο δροσερές από ό,τι στη στεριά. Οι ισχυρότεροι άνεμοι που επικρατούν πάνω από μεγάλες υδάτινες επιφάνειες συμβάλλουν επίσης σε αυτό το φαινόμενο ψύξης.
«Ο κύριος εχθρός είναι η ζέστη», λέει ο Chen.
Τα πλωτά φωτοβολταϊκά στη θάλασσα, όπου οι θερμοκρασίες είναι ακόμη χαμηλότερες από ό,τι σε λίμνες και ταμιευτήρες, μπορούν να παράγουν ακόμα περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, είναι και πιο δύσκολα στην κατασκευή, και μέχρι σήμερα έχουν υλοποιηθεί μόλις λίγα έργα. Το μεγαλύτερο βρίσκεται στην Κίνα και είναι σύστημα ισχύος 1 γιγαβάτ σε ρηχά νερά ανοιχτά της επαρχίας Shandong.
Πλαίσιο με ηλιακούς συλλέκτες είναι στερεωμένο σε πλωτήρες και αγκυρωμένο στον πυθμένα της θάλασσας. Το πλωτό φωτοβολταϊκό στην Ταϊβάν ακουμπά απευθείας στον βυθό όταν η παλίρροια υποχωρεί.
Το κόστος εγκατάστασης συνολικά αναμένεται να είναι περίπου 30% υψηλότερο στη θάλασσα σε σχέση με τη στεριά, επειδή τα συστήματα πρέπει να αντέχουν την υγρασία, τη σκουριά, το αλάτι και τα κύματα, λέει ο Chen.
Επίσης συσσωρεύονται αλάτι και περιττώματα πουλιών. Οι εργαζόμενοι στο έργο της Ταϊβάν πρέπει να καθαρίζουν τα πάνελ από διαδρόμους και να περιπολούν με τζετ σκι για ξύλα και άλλα επιπλέοντα αντικείμενα. Ωστόσο, η μεγαλύτερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα αντισταθμίσει κατά πολύ αυτά τα κόστη στη διάρκεια ζωής του έργου.
Η μελέτη του Chen δεν εξέτασε τη μακροχρόνια φθορά από τα κύματα και τις καταιγίδες. Αυτό θα μπορούσε να γίνει πιο σημαντικός παράγοντας καθώς τα υπεράκτια αιολικά πάρκα εξετάζουν τη χρήση πλωτών φωτοβολταϊκών για παραγωγή ενέργειας όταν δεν φυσάει άνεμος. Μελέτη που δημοσιεύτηκε πέρυσι έδειξε ότι συνδυασμός αιολικής και ηλιακής ενέργειας που καλύπτει το 1% της κατάλληλης θαλάσσιας επιφάνειας θα μπορούσε να καλύψει σχεδόν το 30% της παγκόσμιας ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας το 2050.
Γερμανικές και ολλανδικές εταιρείες έχουν δοκιμάσει δύο φωτοβολταϊκά έργα περίπου 12 χιλιόμετρα ανοιχτά των ακτών της Ολλανδίας, εκ των οποίων το ένα άντεξε κύματα έως και 10 μέτρων από το 2019. Πέρυσι, όμως, η Shell και η Eneco απομάκρυναν άλλο ένα πλωτό φωτοβολταϊκό σύστημα από τις ολλανδικές ακτές —αυτό είχε εγκατασταθεί στο υπεράκτιο αιολικό πάρκο Hollandse Kust Noord— αφού ελαττωματικός ηλεκτρικός σύνδεσμος προκάλεσε υπερθέρμανση.
Ένας ακόμη προβληματισμός είναι ότι τα πλωτά φωτοβολταϊκά σκιάζουν τη στήλη του νερού και μειώνουν την ανάμειξη του ανέμου, κάτι που μπορεί να περιορίσει το οξυγόνο και το φως που είναι διαθέσιμα για υδρόβιους οργανισμούς όπως το φυτοπλαγκτόν και τα φύκια.
«Αν το κάνεις πιο ανοιχτά στη θάλασσα, ίσως τα κύματα και οι καιρικές συνθήκες και όλα τα σχετικά γίνουν πιο προβληματικά, αλλά όσο πιο κοντά στην ακτή, τόσο λιγότερο ευνοϊκό είναι για τη βιοποικιλότητα», λέει ο Vincent Bax από το HZ University of Applied Sciences στην Ολλανδία.
Ωστόσο, επειδή επηρεάζει λιγότερο τις ανθρώπινες δραστηριότητες από ό,τι τα χερσαία φωτοβολταϊκά, «υπάρχει σίγουρα προοπτική για αυτή την τεχνολογία», λέει.
Καθώς το υπεράκτιο φωτοβολταϊκό είναι τεχνικά απαιτητικό, ο Chen θεωρεί ότι θα αναπτυχθεί κυρίως σε ηλιόλουστα νησιά που δεν διαθέτουν πολύ υπεράκτιο αιολικό δυναμικό, όπως η Ταϊβάν, η Ιαπωνία, η Ινδονησία και χώρες της Καραϊβικής.
«Η τοποθεσία είναι πολύ σημαντική», λέει.
Journal of Renewable and Sustainable Energy DOI: 10.1063/5.0268803
