المحطات الشمسية العائمة

المحطات الشمسية العائمة Foatovoltaic Plants هي نوع جديد من النظم الشمسية يتم تشييدها فوق المسطحات المائية لتحقيق عدة فوائد غير متوفرة حال تنفيذها علي الأرض الصلبة كما هو متبع في معظم الحالات. و قد بداء تشييد هذا النوع من النظم في عام 2014 و تميزت الصين بتطوير و تنفيذ هذا الفكر حيث قامت بتنفيذ عدة شاريع عملاقة منها مشروع بقدرة 250 ميجا وات في محافظة Anhui. و تستحوذ الصين وحدها علي 70% من القدرات المركبة عالميا
كما هو واضح في الصورة هناك نمو مطرد في هذا القطاع الذي ينمو حاليا بمعدل 500% سنويا, حيث وصلت اجمالي القدرات المركبة حول العالم الي 750 ميجاوات في منتصف عام 2018 بالمقارنة مع 250 ميجاوات عام 2017

تكلفة تنفيذ هذا النظام عادية جدا بالمقارنة بالنظم الشمسية علي الأرض الصلبة, و لأ يحتاج الي اي امكانيات فنية أو تكنولوجية غير عادية. و لكن سبب عدم تطبيقه حتي اليوم في دولنا هو الخوف من التجديد و عدم وجود روح التطوير كما هو الحال في ثقفاتنا العربية. رغم كون هذا النظام مناسب جدا للظروف المناخية و البيئية في الدول العربية, و بطبيعة الحال سوف يتنشر هذا النظام انتشار واسع في المستقبل القريب بعد زوال الرهبة و الخوف منه.

فوائد تشييد المحطات الشمسية العائمة

1- التوفير في المساحة حيث يتم اسغلال مسطح المياه دون اهدار في الأرض, و هذا الفكر مفيد جدأ عندما تكون جهة التنفيذ لأ تمتلك ارض. فملا وزارو الري و شركات مياه الشرب تمتلك حق استغلال المسطحات المائية في الترع و البحيرات, و لكنها لأ تمتلك اي أراضي حول هذه المسطحات

2- تقليل البخر في المسطح المائي عند تغطية جزء منه بالألواح الشمسية. و هذه الفكرة مفيدة جدا في دولنا العربية التي تعاني من الفقر المائي, فيمكن مثلا تنقيذ المشروع علي بحيرة السد العالي و الترع و نهر النيل للحفاظ علي الموارد المائية.
و قيمة البخر في مناخ مثل مصر حوالي 3 متر مكعب سنويا لكل متر مسطح من المسطحات المائية.
و بحسبة بسيطة بحيرة السد العالي كمثال مسطحها حوالي 5250 كيلو متر مربع, و يبلغ معدل البخر السنوي في هذه المساحة الكبيرة حوالي 16 مليار متر مكعب مياه سنويا و هو ما يمثل 30% من حصة مصر السنوية في مياه نهر النيل, و اقامة المحطات الشمسية العائمة عليها سوف يعود بفائدة عظيمة علي الموارد المائية و ذلك عكس ما تم فعليا من اقامتها في صحراء بنبان باسوان اهدارا للأرض و بعيدا عن مصارد المياه و شبكة الكهرباء القومية مما تسبب في اقامة بنية تحتية مكلفة لتوصيل الكهرباء الي المنطقة فضلأ عن مشاكل الحصول علي المياع الأزمة لصيانة المحطات الشمسية و غسيلها بصفة دورية علي مدار عمرها الأفتراضي.

3- تقليل تكوين الطحالب و ورد النيل في الماء نتيجة عدم تعرض المياه للهواء الطلق, و كما هو معروف يقل تكوين هذه الكائنات حال تغطية المسطح المائي و عدم تعرضها لضوء الشمس المباشر لمنع التمثيل الضوئي Photosynthesis لهذه الكائنات, و فد قامت فعلا وزارة الري المصرية بتغطية عدد كبير من الترع و المصارف بواسطة مواسير للحفاظ علي نقاء المياء, و لكن مع فكرة المحطات الشمسية العائمة يمكن استكمال هذه الخطة بفكر جديد يحقق فوائد اقتصادية اخري و عائد استثماري

4- زيادة كفائة الالواح في الجو الحار نتيجة تلطيف المياه للحرارة الخلايا الشمسية, و من المعلوم ان الخلايا الشمسية تزيد من انتاجيتها للكهرباء عند درجات الحرارة المنخقضة. و هناك دراسة كورية تمت بهذا الصدد اثبتت ان المحطات الشمسية العائمة تتفوق علي مثيلتها بنسبة 10% في معدلات توليد الطاقة

5- حماية المحطة من السرقات و التلفيات نتيجة وجودها في مكان يصعب الوصول اليه و لا تحتاج الي أسور و حراسات دائمة, و ذلك يؤدي الي التوفير في مصاريف اقامة المحطة و تكاليف التشغيل

6- عدم الحاجة الي غسيل الالواح من الاتربة و البحث عن مصدر مياه للقيام بهذا الغرض حيث يقوم الماء بمهمة النظافة تلقائيا. هذه الميزة ايضا يقوم بتقلييل المصاريف التشغيلية للمشروع
لأ يوجد أي اختلافات جوهرية بين صيانة المحطات الشمسية الأرضية والمائية. في الواقع خلافاً للاعتقاد السائد ، لا تمثل الأنظمة الكهروضوئية العائمة تحديات أكبر ولكنها مختلفة وفي بعض الحالات ، و في معظم الحالات الصيانة تواجه حواجز أقل بالفعل.
في حالة الخزانات الكبيرة يُطلب توفير قارب للوصول إلى منصة العائمة و بالنسبة للمحطات الصغيرة يتم بتثبيت عوامات من الشواطئ إلى المحطة، و المشي فوق منصات المحطة يجب ان يكون آمن جداً بالنسبة للعمال, حيث يتم تنفيذ منصة عائمة مستقرة و مصممة على أساس مبادئ الطفو و متطلبات الصيانة.

7- سهولة و سرعة التنفيذ حيث لأ تحتاج المحطات الشمسية العائمة الي تنفيذ اعمال تجهيز الموقع و تسويته أو تنفيذ اسوار أو صب خراسانات أو حفر و ردم مسارات لمرور الكابلات.

شروط تنفيذ المحطات الشمسية العائمة

1- يجب اختار موقع المحطات الشمسية العائمة في مكان غير معرض للامواج العالية مثل البحيرات و الأنهار, فلا يمكن مثلا تنفيذه في مياه المحيطات و البحار.
و عندنا في مصر مثلا يمكن تنفيذه في بحيرة السد العالي أو علي نهر النيل أو في بحيرات المياه الحلوة. و لأ يمكن تنفيذه في البحر المتوسط أو البحر الأحمر مثلأ.

2- لأ يمكن تركيب هذا النظام في مسطحات المياه المالحة مثل البحيرات المرة في مصر أو البحر الميت في فلسطين رغم عدم وجود الأمواج والعالية, حيث ان ضمان و مواصفات جميع الألواح الشمسية لأ تشمل تعرضها للأملاح الكثيفة.
من المعروف أن ظاهرة تأكل ضباب الملح Salt Mist Corrosion يمكن أن تؤثر على عمر الألواح الشمسية المثبتة بالقرب من المناطق الساحلية. و يقدم بعض المصنعون في الوقت الحاضر شهادة خاصة تثبت أنهم قادرون على إنتاج وحدات قادرة على تحمل تآكل ضباب الملح وفقًا لمعايير محددة. هذا المعيار القياسي هو رقم IEC 61701.
و هناك بعض شركات تصنيع الألواح تقوم حالية بالدراسات الأزمة نحو تصنيع منتج مقاوم للأملاح لتنطلق بعدها تكنولوجيا المحطات الشمسية العائمة فوق البحار و المحيطات, و لكن في الوقت الحاضر بقتصر التركيب فوق مسطحات المياه الحلوة

3- لأ يمكن تركيب هذا النظام في المواقع التي تتعرض للجليد و تجمد المياه خلال فصل الشتاء. و هذا تغتبر اكبر عائق لنمو القطاع في الدول الأروبية و امريكا, اما بالنسبة للدول العربية فهذا العائم غير موجود ال في حالات نادرة جدأ.

4- يجب احكام عزل جميع مكونات المحطات الشمسية العائمة من تسرب المياه و عوامل التعرية و الصدأ بما في ذلك الألواح الشمسية و الوصلات و نظام التثبيت و الكابلات.

1- يتم تثبيت المحطة بواسطة سلوك واير من الأستانلس كما هو موضح في الفيديو مع حساب اطوال هذه السلوك بدقة حتي لأ تخرج المحطة عن حيز محدد خلال انخفاض و ارتفاع منسوب المياه في المسطح المائي, حيث نادرا ما يوجد مسطح مائي منسوبه ثابت لأ يتغيير خلال اليوم أو فصول السنة. و يتم حساب قطاعات هذه السلوك مع الأخذ في الأعتبار السرعة القصوي للمياه و و وزن المحطة الشمسية, و هذه الحسبة البسيطة يستطيع اي مهندس مدني حديث التخرج القيام بها دون مشاكل.يراعي توقيت تنفيذ المحطة و السلك الواير في وقت هبوط منسوب المياه في المسطح المائي لتسهيل عملية التنفيذ, حيث عادة ما تكون هذه الوايرات في منسوب اقل من اعلي منسوب مياه خلال العام و يصعب التنفيذ في هذه الفترة.

2- يتم التركيب علي بلوكات HDPE و هي مصنوعة من البولي يوريثين عالي الكثاقة كما في الصورة لتثبيت الألواح الشمسية, و هذه البلوكات اصبحت الأن تنتج بصورة تجارية للأستخدام في النظم العائمة في الصين و الهند و اسعارها مقاربة لنظم التثبيت التقليدية. و بزيارة سريعة لموقع Alibaba يمكن روئية ان تكاليف بلوكات التثبيت وصلت الي 0.12 دولار للوات, اي حوالي 2200 جنية مصري للكيلوات و هو رقم عادي جدا و يعتبر ارخص في حالات كثيرة من النظم التقليدية التي تحتاج الي اعمال خراسانة و تجهيز الموقع لأتمام عملية التثبيت. كما يمكن تصنيع هذه الوحدات محليا دون اي مشاكل عند اي مصنع بلاستيك.

في حال تنفيذ مشروع صغير و عدم وجود هذه الوحدات الجاهزة في بلد المشروع, يمكن بسهولة استبدال هذا النظام بنظام تثبيت بسيط من الخشب المعزول ضد الرطوبة أو بوحدات من الكاوتش العادي, مع الأخذ في الأعتبار تماسك الهيكل و وجود مرونة كافية لعمل مخدة Cushion ضد الأمواج و الرياح. فلا يمكن مثلا عمل مسطح كبير صلب و مصمت من الخشب لأ يعطي المرونة الكافية للتحركات و الأختلافات في منسوب المياه التي تحدث عند مرور الرياح و الأمواج.

3- يتم تركيب الألواح علي زاوية ميل خفيفة تساعد علي تصفية مياه الأمطار و الأمواج, و لأ يتم التقييد بزوايا الميل التي يتم تنفيذها في النظم الشمسية التقليدية حيث تتسبب الزوايا الكبيرة في عدم اتزان المحطة و صعوبة تنفيذها. و من المعلوم ان الفروق بين توليد الطاقة التي تحدث نتيجة التنفيذ علي زاوية قريبة من المستوي الفقي قليلة جدا لأ تتعدي 10% خاصة كلما اقتربنا من خط الأستواء و ذلك علي عكس ما يتصور البعض ان هذه الفروق جوهرية و حاسمة. و ببساطة شديدة يمكن مقارنة هذه الفروق باستخدام البرنامج الخاص بنا علي الصفحة الرئيسية أو زيارة موقع Pvwatts للحصول علي نتائج دقيقة لأي زاوية في اي مكان في العالم.

الصورة السابقة تمثل نموذج للفكر الفاشل في التنفيذ , و هي محطة شمسية عائمة بقدرة 10 كيلو وات تم تنفيذها في مدينة كالكتا بالهند, و نلاحظ هنا ان المصمم تقييد بزوايا ميل محددة تحقق الأنتاجبة المثلي, قرائها دون فهم لأبعاد عدم تنفيذها, فكانت النتيجة هذا الهيكل المضحك المصنوع من الألومنيوم و الغير متزن فوق المسطح المائي, و كأنه قام بحماقة تشييد غرفة من الطوب علي سطح مركب لأن الطوب تحقق عزل حراري جيد!

4- يتم وضع الأنفرترات في مكان جاف بعيدأ عن المياه كما هو واضح في الفيديو, و يتم استخدام الأنفرتر التقليدي دون اي اعتبارات خاصة أو اضافية

التطبيقات العملية للمحطات العائمة

• المحطات المتصلة بالشبكة بهدف الأستثمار بنظام تعريفة التغذية FIT
• مضخات المياه لشركات مياه الشرب القومية
• مضخات المزارع السمكية
• المحطات الشمسية التقليدية الخاصة بمضخات ري الأراضي الزراعية حال تنفيذ خزانات مياه