Jeśli chodzi o nieoczywiste technologie solarne, na szczególną uwagę zasługuje fotowoltaika na wodzie, znana również jako pływająca fotowoltaika, floating PV system albo system FPV, czyli panele PV umieszczone na unoszących się na powierzchni konstrukcjach zlokalizowanych w zbiornikach wodnych.
Ciągle nierozpowszechniona w Polsce, zaczyna zdobywać coraz więcej rozpoznawalności w Europie i na świecie. Dlaczego warto obserwować ten trend? Jakie korzyści niesie za sobą pływająca fotowoltaika? Jak dokładnie działa pływająca farma fotowoltaiczna w porównaniu do tradycyjnych farm lądowych?
Dlaczego fotowoltaika na wodzie?
Wiele krajów zmaga się z brakiem przestrzeni na nowe lądowe instalacje PV, zwłaszcza w gęsto zaludnionych obszarach. Do tego dochodzi konkurowanie o ziemię między rolnictwem, przemysłem i rozwojem nieruchomości. Dobrym przykładem są Włochy, które zakazały dalszych realizacji PV na terenach rolnych. Kolejne wielkopowierzchniowe farmy, pojawiające się na tanich, ale ekologicznie cennych terenach, budzą obawy o bioróżnorodność.
W Europie problem ten jest szczególnie istotny, ponieważ wiele instalacji OZE znajduje się w obszarach chronionych. Dlatego Komisja Europejska bada i promuje innowacje, które minimalizują szkody dla ekosystemów. W odpowiedzi na te wyzwania rozpędu nabiera rozwój pływających farm, które oferują energię odnawialną bez potrzeby zajmowania dodatkowej ziemi. Fotowoltaiczne powierzchnie jezior i innych zbiorników wodnych to element zrównoważonej przyszłości.
Pływające panele PV
Fotowoltaika na wodzie opiera się na modułach fotowoltaicznych instalowanych na specjalnych platformach, które unoszą się na powierzchni zbiorników wodnych, takich jak jeziora, stawy irygacyjne, zapory czy nieużytki takie jak zamknięte żwirownie (celem jest zagospodarowanie zbiorników wodnych, które nie są wykorzystywane do turystyki, żeglarstwa, rolnictwa ani innych celów).
Panele te działają na tej samej zasadzie co naziemne systemy fotowoltaiczne i przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną – prąd stały (DC) jest przekształcany w prąd zmienny (AC) za pomocą falowników. Czy różni się to od klasycznej instalacji fotowoltaicznej? W mechanizmie produkcji energii nie.
Pływające platformy, wykonane z materiałów wypornościowych, zapewniają stabilność paneli na wodzie, a specjalne systemy kotwiczenia utrzymują je w odpowiednim miejscu, zapobiegając przesuwaniu się pod wpływem wiatru lub prądów wodnych. Konstrukcja zachowuje jednak elastyczność, która pozwala panelom dostosować się do ruchów wody.
Wykorzystanie powierzchni wody umożliwia naturalne chłodzenie paneli, dzięki czemu ich wydajność jest wyższa niż w przypadku instalacji naziemnych.
Przeczytaj też: Panele PV: Własna Energia z Promieni Słońca
Od kiedy działają pływające farmy fotowoltaiczne?
Historia pływających paneli fotowoltaicznych sięga do 2007 roku. To wtedy w Japonii uruchomiono pierwszą instalację floating o mocy 20 kW, która stała się fundamentem pod rozwój tej technologii w innych krajach, takich jak Korea Południowa, Chiny czy USA. Rozwój pływających farm przyspieszył dzięki zrozumieniu, że mogą one rozwiązać problemy związane z brakiem gruntów i zwiększyć efektywność produkcji energii. Dzięki współpracy między rządami, przemysłem i ośrodkami badawczymi doskonalono projekty i efektywność systemów FPV.
Dzisiaj projekty pływających farm pojawiają się na całym świecie. W Europie zapowiedziano budowę pływającej farmy słonecznej o mocy 74,3 MW – powstanie na sztucznym zbiorniku w dawnej żwirowni w północno-wschodniej Francji.
W Polsce technologia jest w początkowej fazie rozwoju. Pierwsza pływająca farma działa od 2022 roku w Gdańsku i składa się z 110 paneli o mocy 49,5 kWp umieszczonych na sztucznym zbiorniku retencyjnym wód opadowych.
Zalety pływającej instalacji
Jakie są zalety pływającej instalacji? Oprócz tego, że pływająca farma fotowoltaiczna generuje czystą energię i wprowadza ją do naszego systemu energetycznego, przyczyniając się do rozwoju OZE i zielonej rewolucji, możemy wymienić kilka kluczowych zalet. Zacznijmy od tego, że dzięki możliwościom oszczędzania gruntów i zwiększonej efektywności, zastosowania fotowoltaiki pływającej stają się coraz bardziej popularne w krajach o dużym zagęszczeniu ludności.
1. Optymalne wykorzystanie przestrzeni
Pływająca elektrownia słoneczna zwiększa nasze możliwości w wykorzystywaniu dostępnych przestrzeni, zwłaszcza w miejscach, gdzie grunt jest deficytowy, zbyt drogi albo zbyt produktywny (gleby wysokiej jakości gwarantujące wysokie plony), co dobrze pokazują przykłady krajów azjatyckich takich jak Japonia czy Korea Południowa. Technologia pływającej fotowoltaiki wychodzi też naprzeciw konfliktowi o grunty z sektorem rolniczym, który coraz częściej postrzega duże naziemne elektrownie słoneczne jako zagrożenie dla kurczących się zasobów ziemi uprawnej.
2. Lepsza żywotność i efektywność paneli
Pływające panele słoneczne osiągają wyższą efektywność niż systemy naziemne – woda działa jak naturalny system chłodzenia, zapobiegając ich przegrzewaniu. Wykorzystanie powierzchni wody może zwiększyć wydajność energetyczną paneli do 15%. Dodatkowo, woda odbija promienie słoneczne, które w normalnych warunkach mogłyby zostać rozproszone lub pochłonięte przez grunt. Odbite światło trafia z powrotem na panele, co zwiększa ilość energii, którą panele mogą wygenerować.
3. Łatwiejsza konserwacja instalacji
Instalacje floating na wodzie nie wymagają tak częstego czyszczenia. Powietrze nad zbiornikami wodnymi zawiera mniej pyłu i zanieczyszczeń w porównaniu do terenów lądowych – woda działa jak naturalny filtr. W warunkach naziemnych zabrudzenia obniżają wydajność paneli, dlatego trzeba je regularnie czyścić. Ponadto przy instalacjach naziemnych często rośnie roślinność, która wymaga regularnego koszenia – instalacja floating nie generuje tego problemu.
Przeczytaj też: Konserwacja paneli fotowoltaicznych
4. Kontrola środowiska wodnego
Czy pływające panele PV mogą mieć pozytywny wpływ na zarządzanie środowiskiem wodnym? Częściowe zacienienie zbiornika wodnego przez panele ogranicza rozwój glonów, które mogą wpływać negatywnie na jakość wody, zwłaszcza w cieplejszych klimatach. Redukcja promieniowania słonecznego docierającego do wody zmniejsza jej temperaturę, co może poprawić warunki dla niektórych gatunków wodnych. Dodatkowo, pływające farmy fotowoltaiczne mogą działać jako bariera dla wiatru, zmniejszając falowanie powierzchni wody i pomagając w ochronie brzegów zbiornika przed erozją.
W wypadku większych projektów FPV, pływające panele słoneczne mogą pomóc w oszczędzaniu wody, zapobiegając jej parowaniu, co jest szczególnie ważne w obliczu narastających problemów z suszami w wielu regionach świata.
Fotowoltaika na wodzie może być rozwiązaniem dla przedsiębiorstw, które dysponują wyłącznie „terenami” wodnymi – tak jak zbiorniki wodne i baseny w oczyszczalniach ścieków, które przechowują wodę do użytku domowego i komercyjnego.
Przeczytaj też: Fotowoltaika dla przemysłu: co musisz wiedzieć, jak zacząć?
Projekt instalacji floating PV
Projekty pływających farm wymagają starannego planowania i analizy, aby zmaksymalizować wykorzystanie technologii pływającej oraz uniknąć problemów związanych z jakością wody i środowiskiem. Fundamentalne etapy obejmują wybór odpowiedniej lokalizacji, uwzględniającej warunki hydrologiczne i klimat, oraz zaprojektowanie konstrukcji, która będzie sprawdzała się w warunkach wodnych.
W Electrum projektujemy i budujemy farmy fotowoltaiczne. Dowiedz się więcej z artykułu: Projekt farmy fotowoltaicznej – co trzeba wiedzieć?
Ale jak na ten moment w Polsce wygląda projekt instalacji floating PV?
Istotnym aspektem są tu niewiadome dotyczące decyzji administracyjnych, takich jak wymagania w ramach Decyzji o Środowiskowych Uwarunkowaniach (DoŚU). Należy uwzględnić potencjalne obostrzenia związane z wpływem instalacji na ekosystemy wodne oraz analizę, jak projekty FPV będą kwalifikowane w polskiej nomenklaturze pod kątem uzyskiwania Pozwolenia na Budowę (PnB). Kluczowa będzie również możliwość zabezpieczenia realizacji FPV w Miejscowych Planach Zagospodarowania Przestrzennego (MPZP) oraz w Planach Ochrony (PO). W kwestii korzystania z wód do celów energetycznych niezbędne będzie uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego.
Ważnym elementem projektu jest także integracja z lokalną siecią energetyczną oraz minimalizacja wpływu instalacji na ekosystem, np. poprzez monitorowanie poziomu tlenu w wodzie i jakości środowiska wodnego.
Przeczytaj też: Jak skutecznie uzyskać warunki przyłączenia farmy PV?
W Electrum pomagamy w wyznaczeniu indywidualnej drogi do odnawialnych źródeł energii, oferując kompleksowe wsparcie w projektowaniu i wdrażaniu technologii fotowoltaicznych, w tym nowoczesnych systemów FPV.
Umieszczenie pływających paneli
Umieszczenie pływających paneli fotowoltaicznych na wodzie wymaga przede wszystkim wyboru odpowiedniego zbiornika wodnego – preferowane są sztuczne jeziora, zbiorniki zaporowe lub tereny wykorzystywane do celów przemysłowych, takie jak oczyszczalnie ścieków. Ważne jest, aby zbiornik miał stabilny poziom wody i nie był narażony na ekstremalne warunki pogodowe, takie jak silne prądy czy fale, które mogłyby uszkodzić panele lub zmniejszyć ich efektywność.
W Polsce istotnym czynnikiem wpływającym na farmy fotowoltaiczne na wodzie będą zmieniające się pory roku – szczególnie zima i mróz, które mogą negatywnie oddziaływać na trwałość instalacji. Aby temu zaradzić, stosuje się wytrzymałe materiały odporne na niskie temperatury oraz elastyczne systemy kotwiczenia, pozwalające konstrukcjom dostosować się do ruchów lodu. Niektóre instalacje mogą również korzystać z systemów podgrzewania, zapobiegających zamarzaniu wody wokół paneli. Alternatywnie, umieszczanie farm na głębszych zbiornikach wodnych lub ograniczenie ich działania do cieplejszych miesięcy może zmniejszyć ryzyko uszkodzeń.
Pływająca elektrownia fotowoltaiczna a koszty
Pływające panele słoneczne nie są oczywiście rozwiązaniem, które nie idzie w parze z wyzwaniami. Instalacja floating może kosztować o 25 procent więcej niż systemy na lądzie. Panele niosą za sobą ryzyko obniżania poziomu tlenu w wodzie, co może zaszkodzić rybom, a same panele, przy nieodpowiedniej technologii, mogą negatywnie wpływać na jakość wody.
Choć farma fotowoltaiczna na wodzie jest droższa od systemów lądowych, rosnące wsparcie finansowe ze strony Unii Europejskiej dla innowacyjnych technologii energetycznych może zniwelować te różnice. Polska ma dostęp do funduszy przeznaczonych na rozwój odnawialnych źródeł energii, które mogą wspierać pilotażowe projekty FPV. Oferowane kredyty i dotacje mogą być istotnym wsparciem dla firm planujących inwestycje w pływające farmy PV. W Polsce zastosowania fotowoltaiki pływającej mogą pomóc w zrównoważonym rozwoju energetycznym, zmniejszając presję na tereny rolnicze i chronione obszary przyrodnicze.
Przeczytaj też: Budowa Farm Fotowoltaicznych
Elektrownia fotowoltaiczna na wodzie w Polsce
Podsumowując, farma fotowoltaiczna na wodzie, znana jako floating PV system, to innowacyjne rozwiązanie pozwalające na produkcję czystej energii bez potrzeby zajmowania cennych gruntów.
Instalacje te umieszczane są na zbiornikach wodnych (panele fotowoltaiczne umieszczane są na platformach pływających), co nie tylko pozwala na oszczędność przestrzeni, ale także zwiększa wydajność paneli dzięki naturalnemu chłodzeniu ich przez wodę.
Pływające elektrownie słoneczne stanowią idealne rozwiązanie dla terenów o ograniczonej powierzchni lądowej, a dodatkowo pomagają zmniejszyć parowanie wody.
Mamy nadzieję, że rozwój pływających farm w Polsce to kwestia czasu – projekty pływających farm są u nas w fazie koncepcyjnej, jednak już teraz pojawiają się pierwsze analizy dotyczące możliwości ich wdrożenia. Niestety, podobnie jak w przypadku innych technologii odnawialnych, takich jak offshore, zielony wodór czy magazyny energii, wdrożenie technologii FPV w Polsce napotyka przeszkody legislacyjne. Mimo że technologia i potencjał są obecne, brakuje odpowiednich regulacji, które mogłyby przyspieszyć implementację tego rozwiązania.
Polskie firmy na razie nie są szeroko zaangażowane w rozwój tej technologii. Electrum rozpatrywało potencjał floating PV, jednak podobnie jak w przypadku agrofotowoltaiki, bariery prawne oraz brak zachęt legislacyjnych utrudniają postęp w tej dziedzinie.
Pozytywów szukamy w tym, że udokumentowane i wieloletnie doświadczenie innych krajów w tym zakresie będzie pomocne w momencie, w którym zechcemy wprowadzić tę technologię na szerszą skalę. Mamy możliwość adaptowania najlepszych praktyk i technologii do lokalnych warunków.
Fotowoltaika na wodzie – podsumowanie
Na koniec warto podkreślić, że 70% powierzchni Ziemi pokrywa woda. W przyszłości zastosowania fotowoltaiki pływającej mogą zostać rozszerzone na platformy oceaniczne, co otworzy nowe możliwości pozyskiwania energii z odnawialnych źródeł. Trwające badania nad konstrukcjami zdolnymi do przetrwania w trudnych warunkach morskich otworzą nowe możliwości dla wykorzystania powierzchni wody.
