פוטו-וולטאי מים, הידוע גם בשם פוטו-וולטאי צף, הוא סוג חדש של שיטת ייצור חשמל פוטו-וולטאית. התכונה העיקרית שלו היא בניית תחנת כוח פוטו-וולטאית על פני המים. להלן מבוא מפורט לפוטו-וולטאי מים:
עקרון עבודה:
פאנלים פוטו-וולטאיים טבולים במים ומשתמשים באנרגיה סולארית כדי להמיר אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית.
כאשר אור זורח על התא הפוטו-וולטאי, אנרגיית האור נספגת בתא הפוטו-וולטאי ומומרת לזרם ישר באמצעות האפקט הפוטו-וולטאי.
האפקט הפוטו-וולטאי מתייחס לתופעה שהאינטראקציה בין פוטונים לחומרים מוליכים למחצה בתאים פוטו-וולטאיים מייצרת זוגות של חור אלקטרוני, ובכך מייצרת זרם.
יתרונות:
חסכון בקרקע: נבנה על פני המים, אינו תופס משאבי קרקע ויכול להפחית את עלויות רכישת הקרקע.
הגדלת ייצור החשמל: למים יש אפקט קירור על מודולים פוטו-וולטאיים, שיכולים לדכא את העלייה בטמפרטורת פני השטח של המודולים, ובכך להגדיל את ייצור החשמל. לדוגמה, על פי ניתוח השוואתי ניסיוני של תחנות כוח פוטו-וולטאיות מים בקנה מידה גדול במחוז Hyogo, יפן, ייצור החשמל של הפאנלים גדל בכ-14% עקב השפעת הקירור של פני המים.
הפחתת אידוי ורביית אצות: בתיאוריה, היא יכולה להפחית את התאדות פני המים, לדכא את רביית האצות במים, ותורמת להגנה על משאבי המים.
תפעול ותחזוקה נוחים: תחנת הכוח הפוטו-וולטאית בנויה בתוך המים, מה שיכול להפחית את זיהום האבק על הרכיבים ולהקל על ניקוי הרכיבים.
יתרונות תיירות: הרכיבים הפוטו-וולטאיים מסודרים בצורה מסודרת על פני המים, שיכולים לשמש כאטרקציה אופיינית להבאת יתרונות תיירותיים.
תרחישי יישום:
שילוב של חקלאות ודיג: הקמת מערכות פוטו-וולטאיות מים צפות במים ליד אדמות חקלאיות ובריכות דגים יכולה להשיג פיתוח מתואם של חקלאות ודיג.
מאגרים ותחנות כוח מים: הקמת מערכות פוטו-וולטאיות מים צפות במים במורד הזרם של מאגרים ותחנות כוח הידרו יכולה לנצל את היתרונות האנרגטיים הכפולים של אנרגיה סולארית ומים.
נוף עירוני: הקמת מערכות פוטו-וולטאיות מים צפות בנהרות עירוניים, אגמים ומים אחרים יכולה לשפר את הסביבה העירונית ולספק נופים חדשים לעיר.
אתגרים וחסרונות:
דרישות גבוהות לציוד צף: ציוד פוטו-וולטאי מים צף דורש ציוד צף לתמיכה בלוחות פוטו-וולטאיים, ודרישות הביצועים לציוד צף הן גבוהות.
דרישות גבוהות לבחירת אתר: יש לבחור את אתר שדה הכוח הפוטו-וולטאי של המים הצפים באזור מים עם שטח גדול, תנאי תאורה טובים ותנאי פיתוח טובים.
יש הרבה גורמים לא ברורים: רוחות חזקות, מפלס מים, קרח וגורמים נוספים משפיעים עליו מאוד. יחד עם זאת, יש צורך לפקח האם לרכיבים הפוטו-וולטאיים יש השפעות שליליות על איכות המים ועל אורגניזמים מימיים.
לסיכום, כסוג חדש של ייצור חשמל פוטו-וולטאי, לפוטו-וולטאי מים יש יתרונות משמעותיים ואפשרויות יישום רחבות, אך הוא גם מתמודד עם כמה אתגרים וחסרונות. עם התקדמות הטכנולוגיה והפחתת העלויות, הפריסה והיישום שלה יהיו נרחבים יותר.