Flytande solceller (FPV), även kända som flytande solcellsparker, är solcellssystem som kan placeras ut på havsytan eller på andra vattendrag. Även om deras miljöpåverkan fortfarande är föremål för debatt över hela världen, kan dessa system vara mycket fördelaktiga för att generera förnybar energi, särskilt i varma regioner där tillgänglig mark är knapp eller kostsam.
Forskare vid Politecnico di Milano genomförde nyligen en studie där de undersökte FPV-systemens potential för den framtida energiförsörjningen i afrikanska länder. Deras artikel, som publicerades i Nature Energy, visar att flytande solcellsparker skulle kunna vara värdefulla för att begränsa Afrikas beroende av vattenkraft, samtidigt som de potentiellt skulle kunna erbjuda en mer tillförlitlig energiförsörjning.
Vår artikel är inspirerad av det växande intresset och potentialen för FPV som en ny teknik för förnybar energi, och det fortsatta trycket på utveckling av vattenkraft i utvecklingsekonomier, särskilt i Afrika”, säger Wyatt Arnold, medförfattare till artikeln, till Tech Xplore.
”Trots de miljömässiga och sociala risker som är förknippade med stora vattenkraftsdammar planerar många länder fortfarande betydande utbyggnader av vattenkraft för att tillgodose sina snabbt växande energibehov. Vi ville undersöka om FPV skulle kunna fungera som ett alternativ eller komplement till dessa planerade vattenkraftsprojekt.”
Den studie som Arnold och hans kollegor Matteo Giuliani och Andrea Castelletti nyligen genomförde hade två huvudsyften. Det första var att uppskatta potentialen för FPV som en framtida källa till elektricitet i Afrika, och jämföra den med planerade investeringar i vattenkraft.
För det andra ville forskarna undersöka avvägningar och synergier mellan FPV och vattenkraftsteknik på systemnivå. Analysen fokuserade på ett specifikt avrinningsområde, nämligen Zambezis vattendrag, med hänsyn till de begränsningar som lokala elnät och konkurrerande krav på vattenresurser innebär.
”Vi använde oss av en flerskalig modelleringsmetod”, förklarar Arnold. ”För det första undersökte vi FPV:s kostnadskonkurrenskraft inom Afrikas framtida energimix med hjälp av en kapacitetsutbyggnadsmodell (OSeMOSYS-TEMBA) som täcker hela kontinenten. Detta är ett viktigt steg med tanke på den mycket stora ökningen av den beräknade efterfrågan på el i många afrikanska länder under 2000-talet och omvandlingen av deras elsystem med en mycket större andel variabel förnybar energi.”
För att bedöma avvägningen mellan FPV och vattenkraftsteknik på systemnivå genomförde forskarna ytterligare analyser med fokus på Zambezis vattendrag. Zambezis vattendrag är ett avrinningsområde som delas av flera afrikanska länder, där regeringarna planerar att bygga olika dammar för vattenkraftsproduktion.
Arnold och hans kollegor undersökte driften av reservoarer i regionen och skapade modeller av det lokala elsystemet. Detta gjorde det möjligt för dem att bedöma potentialen för vattenkraft och FPV i denna region, inklusive deras potential för att utöka energikapaciteten och avvägningar med andra användningar av vattenresurser, till exempel bevattning och miljöflöden.
”Ett av de mest anmärkningsvärda bidragen i vårt arbete är den kvantitativa, teknisk-ekonomiska bedömningen av FPV:s potential att bidra till Afrikas framtida elbehov, som i vissa fall matchar eller överstiger den förväntade produktionen från planerade vattenkraftsdammar”, säger Arnold. ”Detta resultat utmanar den fortsatta betoningen på utbyggnad av vattenkraft i många afrikanska länder och tyder på att FPV kan vara ett lönsamt alternativ med mindre miljömässiga och sociala konsekvenser.”
Resultaten av den analys på systemnivå som Arnold, Giuliani och Castelletti genomförde tyder på att en investering i FPV i befintliga reservoarer längs Zambezis vattendrag, samtidigt som man bygger färre dammar, kan vara en bättre kapitalinvestering än en intensiv utbyggnad av vattenkraften. Jämfört med dammar visade sig FPV vara mer kostnadseffektiva och robusta mot långsiktiga miljömässiga och hydrologiska förändringar.
”FPV kan också bidra till att kompensera för potentiella förluster av vattenkraft när reservoarer åter tas i drift för att prioritera andra vattenresursmål, vilket möjliggör en mer balanserad strategi för förvaltning av vattenresurser”, säger Arnold.
”Konsekvenserna av vårt arbete är långtgående, eftersom det ger beslutsfattare i utvecklingsekonomier en omfattande bedömning av FPV:s potential och belyser dess fördelar jämfört med traditionell vattenkraftsutveckling, särskilt när det gäller minskade miljömässiga och sociala risker, ökad motståndskraft mot hydrologiska variationer och effektivare användning av kapitalinvesteringar.”
Sammantaget tyder forskargruppens analyser på att flytande solcellsparker skulle kunna förhindra att afrikanska länder blir alltför beroende av vattenkraft i framtiden, och därmed begränsa de sociala, miljömässiga och ekonomiska risker som är förknippade med detta. Denna viktiga insikt kan ligga till grund för framtida energirelaterade politiska beslut och investeringar i Afrika och uppmuntra till en övergång till FPV-system.
”I våra kommande studier planerar vi att utforska de miljömässiga konsekvenserna av storskalig användning av FPV i flodområden, inklusive effekterna på sjöarnas vattenkvalitet och ekosystem”, tillägger Arnold. ”Vi har också för avsikt att ytterligare engagera intressenter och beslutsfattare genom deltagande processer för att bättre förstå de sociala och institutionella hindren för FPV-användning och utveckla strategier för att övervinna dem.”
Ytterligare information: Wyatt Arnold et al, Floating photovoltaics may reduce the risk of hydro-dominated energy development in Africa, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01510-0.
