Panourile solare și sistemele de irigație – Revoluție în SUA și India, VIS în România

Energia solară este una curată, ecologică, însă, de obicei, necesită extinderi considerabile de teren. India, a cincea economie a lumii dar totodată unul din cei mai mari emițători de GES, caută noi modalități de a își maximiza potențialul energetic în paralel cu o accelerare a tranziției sale energetice.

Astfel răsare întrebarea – putem combina potențialul canalelor de irigație cu cel al panourilor solare? Iar România, țară unde teoretic sunt planificate reconstrucții extensive ale sistemului său de irigații, ar putea lua exemplu?

Economia Indiei este deja una din cele mai mari ale planetei iar populația sa, una aproape de 1,4 miliarde de oameni, necesită cantități enorme de energie. În același timp sectorul agricol constituie aproape o cincime din PIB-ul său.

India a găsit o soluție alternativă de a transforma canalele de apă în „rețele luminoase” de panouri solare. Datele Băncii Mondiale arătau că în 2014 ~ 37% din agricultura Indiei era aprovizionată de irigații iar în prezent această pondere ar fi la aproximativ jumătate, arătând un progres notabil în ultimul deceniu.

Capacitatea instalațiilor solare cumulate din India se ridica la ~37 GW până la sfârșitul primului trimestru al anului 2020 însumând 9,8% din capacitatea totală de energie. În același timp însă ~62% din energia Indiei era produsă în termocentrale  (53,3% cărbune, ~7% metan ș.a), în ușoara scădere față de anul 2019 unde ponderea era de 63.1%. Progresul în domeniul energiei solare în ultimii 3 ani a fost unul remarcabil, ajungând la 15,9% din capacitatea totală iar până în 2030 iar obiectivul Indiei este să ajungă la generarea 500 GW din resurse regenerabile, 280 GW fiind de natură solară.

Regiunile Rajastan și Gujarat sunt în topul național al producției de energie electrică solară

Deja regiunile Rajastan și Gujarat sunt în topul național al producției de energie electrică solară. De asemenea în Gujarat există o rețea de canale de 80.000 km, notează dr. Mădălina Nechifor pentru Infoclima.

Conform estimărilor locale, chiar dacă doar o treime din această rețea de canale este utilizată pentru instalarea de centrale fotovoltaice solare, se pot genera până la 18.000 MW de energie, ceea ce va permite, de asemenea, economisirea a 90.000 de acri de teren. (~ 37000 ha). Beneficiile parcurilor solare montate deasupra canalelor nu se limitează doar la producția locală de energie și economisirea terenului. În primul rând, parcurile solare pot fi construite mult mai rapid decât centralele convenționale pe bază de cărbune sau gaze. În plus, acoperirea canalelor contribuie la reducerea evaporării apei, ceea ce duce la disponibilitatea crescută de apă pentru agricultură și consum uman.

Totodată, nu doar apa poate beneficia de panourile solare de deasupra, ci și panourile solare beneficiază de prezența apei sub ele. Curentul apei contribuie la menținerea temperaturii panourilor la un nivel mai scăzut, ceea ce îmbunătățește eficiența acestora cu cel puțin 2,5-5%.

Care sunt impedimentele?

Ca și în cazul panourilor solare amplasate pe sol sau pe acoperișuri, este necesară curățarea regulată a panourilor, deoarece producția de energie electrică scade atunci când se acumulează praf pe suprafața lor. Întreținerea și operarea proiectelor situate deasupra canalelor reprezintă o provocare semnificativă, deoarece necesită construirea de rampe pentru a permite accesul și curățarea acestora.

Configurația sinuoasă a canalelor poate impune unele restricții. Pentru a maximiza captarea energiei solare, panourile ar trebui să fie aliniate spre sud, însă direcția canalului nu poate fi schimbată la nevoia instalației solare.

De asemenea, panourile solare pot deveni un obstacol pentru activitățile de întreținere a canalelor sau pentru îndepărtarea nămolului, iar în multe cazuri, copacii de-a lungul canalelor trebuie tăiați pentru a asigura o zonă fără umbre.

Panourile solare instalate pe canalele de apă par a fi o soluție potrivită. De ce nu sunt ele mai des adoptate?

Conform unor studii se estimează că acoperirea canalelor din California cu panouri solare ar putea produce cantitatea de energie necesară pentru a alimenta Los Angeles pentru o mare parte a anului.

Acest studiu realizat de Universitatea din California, Merced, sprijină această idee, calculând că acoperirea celor 6.437 de kilometri de canale din California cu panouri solare ar putea economisi aproximativ 240 miliarde de litri de apă și, în plus, ar putea genera o capacitate de 13 gigawați de energie electrică. Această producție ar fi suficientă pentru a alimenta întregul oraș Los Angeles de la începutul anului până în octombrie.

Statul a investit 20 de milioane USD din fonduri publice pentru a transforma proiectul pilot într-o colaborare tripartită între sectoarele privat, public și academic. Aproximativ 2,6 kilometri de canale, cu lățimi variind între 6 și 33 m, vor fi echipate cu panouri solare la o înălțime cuprinsă între 1,5 și 4,5 m deasupra solului.

Este România fiabilă pentru acest tip de tehnologie? Putem învață din experiență Indiei și noi?

Resursele României sunt destul de modeste, având la data de 20.10.2023 canale de irigații operaționale însumând 2,703.72 km, conform ANIF.

În martie 2024, vor începe lucrările la Canalul Siret-Bărăgan, pentru încă 35 de kilometri. Guvernul român ar putea utiliza această nouă invenție pentru a revitaliza canalul Siret-Bărăgan. Ingineria nu este atât de complexă nici măcar atunci când vine vorba de construirea acestor canale solare. Acestea pot fi realizate utilizând un schelet de oțel care se întinde peste un canal și apoi pot fi acoperite cu panouri solare. India a calculat pentru construirea unei porțiuni de 25 de mile (aprox. 40km) un cost de aproximativ 14 milioane de dolari.

La data de 24 iunie 2021, în sediul MADR (Ministerul Agriculturii și Dezvoltării Rurale), a avut loc o întâlnire care a reunit profesori de la Facultatea de Energetică a Universității Politehnica București, conducerea integrală a ANIF (Agenția Națională de Îmbunătățiri Funciare) și reprezentanți ANIF din județele cu infrastructură de irigații, experți din SNIF (Sistemul Național de Îmbunătățiri Funciare), ministrul Agriculturii și specialiști din cadrul ministerului.

Subiectul discuției a fost proiectul pilot privind implementarea sistemelor de irigații care utilizează energia fotovoltaică, acest proiect putând fi instalat atât pe canalele de irigații, cât și pe terenurile neproductive.

In cadrul planului RePowerEU pentru 2023 a fost propusă instalarea unei capacități totale de 130 MW pentru producerea de energie electrică din energie solară cu tehnologie fotovoltaică flotantă pe infrastructura sistemelor de hidroameliorații administrate de ANIF.

Perspectiva viitoare pare optimistă, însă nu datorită susținerii guvernamentale la nivel național sau european. TMK Hydroenergy Power, în colaborare cu Innovation Norway, dezvoltă pe lacul Grebla primul sistem plutitor de producere a energiei solare, cu o capacitate de producere de peste 1 milion de kilowați pe an. Această inițiativă va conduce la o diminuare anuală a emisiilor de gaze cu efect de seră cu mai mult de 300 de tone de dioxid de carbon.

Cantitatea de energie electrică furnizată de panourile solare „plutitoare” vs. terestre + diferențele de costuri

Cercetătorii de la Institutul Copernicus din cadrul Universității Utrecht din Olanda, au concluzionat că centralele fotovoltaice plasate în largul mării ar putea avea o productivitate mai mare decât cele așezate pe uscat, în urma unei simulări care a comparat un proiect din Marea Nordului cu un sistem tradițional amplasat pe un câmp de testare fotovoltaic în aer liber din Utrecht.

În cadrul simulării, panourile solare amplasate pe sol au generat 1.192 kWh anual pentru fiecare kilowatt instalat. În același context, sistemul plutitor a obținut o productivitate mai mare, ajungând la 1.346 kWh, ceea ce reprezintă o creștere de 12,96%. De asemenea, cercetătorii au observat că iradierea globală orizontală (GHI) – adică cantitatea totală de radiație solară primită pe o suprafață orizontală – a fost cu 8,54% mai mare în cazul sistemului plutitor.

Atunci când comparăm cele două tipuri de panouri solare, se observă că toate dezavantajele panourilor solare plutitoare, cum ar fi intermitența accesului sau poluarea (inclusiv emisiile de gaze cu efect de seră) asociate cu extracția și producția materialelor utilizate pentru construcția lor, corespund și panourilor solare terestre.

În schimb, avantajele panourilor solare plutitoare nu pot fi atribuite celor terestre. Acestea reprezintă, în esență, o versiune mai avansată a celor terestre. Cu toate acestea, dacă ne concentrăm asupra aspectului costurilor, trebuie menționat că instalarea panourilor solare plutitoare este mai costisitoare decât instalarea celor terestre. Estimările arată că, costul de instalare al panourilor solare plutitoare este cu aproximativ 10% până la 15% mai mare decât cel al panourilor solare terestre, din cauza necesității de a produce flotoare suplimentare.

Însă în ceea ce privește costurile de operare și întreținere, surprinzător, ele sunt foarte asemănătoare. Chiar dacă există costuri suplimentare asociate cu activități precum accesul la panourile solare plutitoare amplasate la distanță mare de mal sau efectuarea de lucrări preventive la ancorații și la liniile de ancorare, aceste costuri suplimentare sunt compensate de eliminarea necesității întreținerii gardurilor, precum și de întreținerea vegetației, care este adesea necesară în cazul panourilor solare terestre pentru a le menține reci.

O tehnologie pentru prezent cu potențial pe viitor?

Astăzi, eficiența panourilor solare, adică proporția de energie din lumină solară care poate fi transformată în energie electrică, se situează în general între 15% și 20%. Dacă un panou solar cu o eficiență inițială de 20% atinge temperaturi de 45°C sau 55°C, eficiența sa scade în intervalul de la 18% la 18,8%, respectiv, de la 17% la 18,2%.

Acesta este contextul în care apare conceptul de panouri solare plutitoare. Observând că panourile solare de pe uscat nu funcționează la potențialul lor maxim din cauza temperaturilor ridicate, oamenii de știință au propus folosirea apei ca agent de răcire pentru a menține temperaturile panourilor solare la nivele mai scăzute. Acest lucru ajută la prevenirea pierderilor de energie cauzate de temperaturile ridicate.

Datorită stadiului său incipient, tehnologia panourilor solare plutitoare actuale implică un cost inițial de instalare mai ridicat. Cu toate acestea, atunci când evaluăm impactul său pe termen lung în reducerea pierderilor de energie cu până la 15%, pe o durată de viață a panourilor solare de 25 de ani, parcul fotovoltaic plutitor devine de fapt o opțiune mai rentabilă. Se poate argumenta că avantajele sale depășesc cele ale panourilor solare terestre.

Prin urmare, guvernele la nivel național dar și Uniunea Europeană la nivel regional ar trebui să ia în considerare includerea tehnologiei panourilor solare plutitoare în mixul lor energetic și să o integreze în strategiile de tranziție către sursele regenerabile de energie.

Citește și:

Resursele de pe fundul oceanelor | Un pas prea departe pentru TRANZIȚIA verde?

Punctul Nemo, un CIMITIR spațial care poluează Pacificul?

Radiografia POLUĂRII râurilor din România

Relațiile dintre economii și sistemele Pământului: ”O perioadă fără precedent de depășire a RESURSELOR globale”

Plajele litoralului românesc, de la evoluție naturală la lărgire artificială