تأثير الطاقة الشمسية العائمة على المياه

في مجال الطاقة والمياه، يتزايد التركيز على الاستفادة من الطاقة المتجددة في قطاع المياه. ومن أبرز المبادرات العالمية في هذا السياق هي أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة (FPV). تهدف هذه الأنظمة إلى توفير حلول مستدامة لتوليد الطاقة في المناطق التي تندر فيها الأراضي الصالحة لإقامة محطات الطاقة الشمسية التقليدية، وتجنب النزاعات المتعلقة باستخدام الأراضي.

اطلعت على دراسة حديثة أجرت رصدا عالي التردد وطويل الأمد لنظام طاقة شمسية كهروضوئية عائمة مركب في خزان لتزويد المياه في البرازيل. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تأثير هذا النظام على ثلاثة معايير بيئية رئيسية:

1- لوحظ ميل لارتفاع درجة حرارة المياه السطحية عند محطة الطاقة الكهروضوئية العائمة، خاصة خلال أوقات الذروة اليومية لدرجة حرارة الماء.

2- لم يظهر فرق كبير في متوسط تركيزات الأكسجين المذاب بين المحطتين، ولكن التقلبات اليومية والموسمية للأكسجين المذاب كانت أقل بشكل ملحوظ في المحطة تحت نظام الطاقة الشمسية.

3- أدى نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة إلى انخفاض كبير في الإشعاع النشط ضوئيا بنسبة 94.7% تحت النظام مقارنة بالمحطة المرجعية.

تشير النتائج إلى أن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة يمكن أن تؤثر على البيئة المائية بعدة طرق، حيث يمكن أن يؤدي انخفاض الإشعاع النشط ضوئيا (PAR) إلى تقليل نمو الطحالب والإنتاج الأولي في النظم البيئية المائية. كما يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة المياه السطحية إلى تغييرات في توزيع الكائنات المائية وتأثيرات على النظم البيئية. ومع ذلك، في الأعماق الأكبر، أظهرت المحطة المرجعية درجات حرارة أعلى باستمرار، مما يشير إلى تأثير التظليل لنظام FPV. هذا يتوافق مع دراسات سابقة أبلغت عن انخفاض درجة حرارة الماء تحت FPV. أما انخفاض التقلبات اليومية والموسمية للأكسجين المذاب قد يؤدي إلى تأثيرات على الكائنات المائية التي تعتمد على الأكسجين للبقاء على قيد الحياة. يُعزى هذا الانخفاض في التقلبات تحت نظام FPV إلى انخفاض الاختلاط بسبب توهين سرعة الرياح تحت الألواح.

لوحظ تشكل مناخ محلي بين وحدات نظام FPV وسطح الماء، حيث كانت درجة الحرارة في هذه المنطقة أعلى بنسبة 12% من قياسات محطة الأرصاد الجوية. وقد لوحظ أن متوسط درجة حرارة الهواء بين سطح الماء ونظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة (25 درجة مئوية) كان أعلى من متوسط درجة حرارة الهواء المسجلة في محطة الأرصاد الجوية (20 درجة مئوية).

كما أظهر عمود الماء عند محطة FPV تردد طفو أعلى قليلا، مما يشير إلى زيادة طفيفة في مقاومة الاختلاط في الطبقة السطحية. قد يكون هذا نتيجة لمزيج من العوامل، بما في ذلك ارتفاع درجة حرارة المياه السطحية بسبب تدفق الحرارة من ألواح FPV الأكثر دفئا، وانخفاض الاختلاط الميكانيكي الناتج عن حجب نظام FPV جزئيا لسرعة الرياح. ومع ذلك، في الأعماق الأكبر (> 0.50 م)، يصبح تردد الطفو متشابها، ويكون الاستقرار قابلا للمقارنة لكلتا المحطتين.

تعد هذه الدراسة حاسمة نظرا للنقص الملحوظ في البيانات طويلة الأجل وعالية التردد لهذه المعايير المتأثرة بأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة. يمكن أن تساعد هذه الدراسة في فهم تأثيرات هذه الأنظمة على البيئة المائية وتطوير استراتيجيات لتحسين أدائها وتقليل تأثيراتها السلبية.

بالرغم من صغر حجم نظام FPV قيد الدراسة، توفر الملاحظات بيانات أساسية لفهم تأثيرات هذه الأنظمة في خزانات المياه شبه الاستوائية.