حصاد الشمس في أعالي البحار: ترويض رذاذ الملح والعواصف للطاقة الشمسية البحرية

تخيل مزرعة للطاقة الشمسية ترتفع وتهبط مع المد والجزر، وتبرد ألواحها بفعل البحر في الأسفل، وتولد الكهرباء بينما تصطدم الأمواج بعواماتها. هذا ليس مفهومًا مستقبليًا-إنه حقيقة بالفعل. في يوليو 2025، قامت شركة سينوبك بتشغيل أول مشروع كهروضوئي بحري تجاري عائم في الصين في بيئة مياه البحر الكاملة-قبالة ساحل تشينغداو. تُظهر المحطة بقدرة 7.5 ميجاوات، والتي تمتد على مساحة 60.000 متر مربع، ميزة رائعة: بفضل تأثير التبريد لمياه البحر، فإن كفاءة توليد الطاقة لديها تزيد في الواقع بنسبة 5-8% عن المنشآت الأرضية المماثلة.

إن بناء مزارع الطاقة الشمسية البحرية ليس سهلاً مثل مجرد وضع الألواح على أجهزة عائمة، لأنها تعمل في واحدة من أقسى البيئات لإنتاج الطاقة الشمسية: المحيط. وفقًا لفان هوا (مدير المشروع، SGS، وهي منظمة رائدة لإصدار الشهادات/الاختبار)، "هناك تحديات عديدة ومستمرة يجب مراعاتها عند بناء مجموعة شمسية بحرية مثل التآكل الناتج عن رذاذ الملح، والرطوبة العالية، ودرجات الحرارة القصوى، والرياح العاتية، والإجهاد الميكانيكي، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية". وبينما يستمر المهندسون في التطوير في الخارج، فإنهم ينخرطون في معركة صامتة مع التآكل، والرطوبة، والحشف الحيوي؛ ستحدد هذه المعركة ما إذا كانت الطاقة الشمسية البحرية قادرة على إنتاج إمكاناتها الكاملة.

 

 

لفهم مدى صعوبة تشغيل الألواح الشمسية في المحيط، فكر في ما يحدث لتركيبات الطاقة الشمسية البحرية النموذجية. على سبيل المثال، يتم تغطية الألواح الشمسية باستمرار برذاذ الماء المحمل بالملح-. نسبة الرطوبة تقارب 100%. ضربت الأمواج كلاً من الهيكل العائم والمراسي التي تثبتها في مكانها. سوف تستهلك الحياة البحرية الأسطح الموجودة تحت الماء للطفو وأي هيكل مغمور بالمياه بحثًا عن مكان تلتصق فيه بنفسها. وكل هذا يجب أن يتم مع توفير كهرباء موثوقة من الألواح الشمسية لمدة 25 عامًا على الأقل!

التآكل هو التهديد الرئيسي. المياه المالحة عبارة عن إلكتروليت ممتاز، يعمل على تسريع التفاعلات الكهروكيميائية التي تؤدي إلى تآكل الإطارات المعدنية والموصلات وهياكل التثبيت. لكن الضرر أعمق. في اختبارات رش الملح القياسية التي يتم إجراؤها للحصول على الشهادة البحرية، يجب أن تتحمل المكونات التعرض للضباب الملحي من المستوى 8 -من بين أشد التصنيفات خطورة. بدون الحماية المناسبة، يمكن أن يتسلل التآكل إلى صناديق التوصيل، ويؤدي إلى تدهور الاتصالات الكهربائية، ويؤدي في النهاية إلى فشل النظام.

دخول الرطوبة غدرا بنفس القدر. يمكن أن يخترق بخار الماء مغلفة الوحدة، مما يؤدي إلى -احتمال التحلل المستحث (PID) وتآكل تعدين الخلايا. أثناء رحلة التجديف التي شملت 44 غرب المحيط الأطلسي، والتي اختبرت SGS من خلالها الألواح الشمسية المخصصة للنشر في المحيط-المفتوح، قام المهندسون بمحاكاة أسوأ السيناريوهات-من خلال غمر الألواح بالكامل في المياه المالحة الموصلة للكهرباء أثناء تطبيق الجهد العالي. الهدف: التأكد من أنه حتى لو غمرت الموجات النظام، فلن يكون هناك تسرب كهربائي خطير.

يشير الحشف الحيوي إلى تراكم-الكائنات البحرية، مثل البرنقيل والطحالب، على الأسطح المغمورة بالمياه. لا يضيف الحشف الحيوي الوزن الزائد والضغط على الهياكل العائمة فحسب؛ كما يمكنه أيضًا تظليل الألواح أو تعزيز التآكل الموضعي. تقليديًا، كانت الدهانات المضادة للحشف على الحيوانات المستخدمة لمكافحة الحشف الحيوي تُصنع من المبيدات الحيوية التي تسبب مجموعة من الآثار السلبية على النظم البيئية البحرية وتخلق تناقضًا بيئيًا للمشاريع التي يتم تسويقها على أنها خضراء.

ولمواجهة هذه التحديات، يعيد المصنعون التفكير بشكل أساسي في كيفية بناء وحدات الطاقة الشمسية. تتضمن الوحدات البحرية من سلسلة HT من HY SOLAR، والتي حصلت على شهادة 2PfG 2930/02.23 من TÜV Rheinland-المعيار الأول عالميًا لموثوقية النظام الكهروضوئي القريب من الشاطئ-}، طبقات متعددة من الحماية.

يتلقى الزجاج الأمامي -طبقة مزدوجة مضادة-لطبقة عاكسة لا تعمل على تحسين انتقال الضوء فحسب، بل تعمل أيضًا على إنشاء حاجز ضد دخول الرطوبة. تمت ترقية إطار الألومنيوم، المؤكسد عادةً وفقًا لمعايير AA10 للتركيبات الأرضية-، إلى AA20، مما يؤدي إلى مضاعفة سمك طبقة الأكسيد الواقية بشكل فعال. بالنسبة للتغليف-البوليمر الذي يربط الخلايا بالزجاج-يتحول المصنعون من هياكل EVA القياسية إلى هياكل EPE+EPE، والتي توفر مقاومة فائقة للحجم وخصائص حاجز الرطوبة.

وتحظى الوصلات، التي غالبا ما تكون الحلقة الأضعف في البيئات البحرية، باهتمام خاص. تعمل حلقات الغلق المزدوجة-، والمقابس الواقية، وأنابيب الانكماش الباردة- على إنشاء حواجز زائدة ضد الماء والضباب الملحي. تشتمل بعض التصميمات على مواد هلامية كارهة للماء تمنع الرطوبة من الوصول إلى نقاط الاتصال الكهربائية.

بالإضافة إلى الهياكل العائمة نفسها، سوف تتطلب الهياكل العائمة أيضًا بعض التقنيات المبتكرة. على سبيل المثال، يقوم TECNALIA (مركز أبحاث) في مشروع Natursea-PV بإنشاء هياكل عائمة مستوحاة من تصميم منصات الزنبق، على الرغم من أنها مبنية من خرسانة فائقة-عالية-صديقة للبيئة-والتي لها بصمة كربونية أقل بكثير. تحتوي هذه الهياكل العائمة أيضًا على -طبقات مضادة للحشف الحيوي مصنوعة من مركبات مشتقة من الكتلة الحيوية والتي تحمي من الحشف الحيوي دون استخدام المبيدات الحيوية السامة. في ديسمبر 2025، تم تركيب نموذج أولي كامل الحجم لهذا الهيكل العائم في مركز موتريكو للأبحاث البحرية التابع لشركة TECNALIA (المنشأة الوحيدة من نوعها في العالم) من أجل التحقق من الأداء الهيكلي للهيكل العائم ومتانته وكفاءة استخدام الطاقة في الظروف البحرية الفعلية.

اختيار المواد هو نصف المعركة فقط. ويعيد المهندسون أيضًا التفكير في كيفية تكوين الأنظمة لتقليل التعرض للضوء وزيادة طول العمر إلى أقصى حد.

لقد كانت هناك زيادة في عدد تقنيات التغليف المتاحة، حيث يستكشف الكثيرون استخدام السيليكون كمركب للأصيص، مما يسمح بالعزل الكامل للإلكترونيات الحساسة. يقوم المصنعون أيضًا بإعادة تصميم صناديق الوصلات لتجهيزها بموانع تسرب مقاومة للماء، وأنظمة صرف مدمجة-، ومبيت مقاوم للتآكل.

الخيار المحتمل الآخر للمكونات المغمورة هو نظام الحماية الكاثودية (CP) المستخدم في صناعة الشحن لمنع التآكل. يعمل نظام CP عن طريق ربط الأجزاء المعدنية المغمورة بأنود مضحى مصنوع من الزنك أو الألومنيوم بحيث يتآكل المعدن المغمور نحو (وبالتالي حمايته من التآكل بواسطة) الأنود المضحي، وسوف يذوب الأنود المضحي مع مرور الوقت.

تم تصميم نظام التثبيت لتثبيت ودعم الهياكل المغمورة الموجودة في قاع المحيط. تم اختبار القدرة على التحمل للمراسي في ظل ظروف الرياح المصنفة عند المستوى 13 (ارتفاع الإعصار) ولمدى المد والجزر البالغ 3.5 متر، بالإضافة إلى تقليل التكلفة الإجمالية للتطوير بالمقارنة مع الأساسات الثابتة بنسبة 10% تقريبًا.

قبل أن يتم نشر أي نظام شمسي بحري، يجب أن يثبت نفسه في المختبر. يعد بروتوكول الاختبار للوحات البعثة 44west مفيدًا:

التفتيش البصريالتحقق من الشقوق أو التصفيح أو عيوب الختم التي يمكن أن تصبح نقاط دخول للتآكل

اختبار مقاومة العزلالتحقق من عدم تسرب أي تيار خطير من الدوائر الداخلية إلى الإطار

اختبار التسرب الرطب الحالييغمر الألواح في المياه المالحة أثناء تطبيق الجهد العالي، لمحاكاة أسوأ-ظروف المحيط

اختبار التآكل بالضباب الملحييعرض المكونات للضباب الملحي المركز لفترات طويلة

اختبار الحمل الميكانيكييؤكد أن الهيكل يمكنه تحمل الرياح والأمواج والاهتزازات

إن نتائج الاختبارات الصارمة تبني الثقة في أن الطاقة الشمسية البحرية يمكن أن تفي بوعدها. وكما يشير فان هوا، فإن "ضمان جودة ومتانة الألواح الشمسية يساعد على إطالة عمر المنتج، وتقليل معدلات الفشل، وخفض التكلفة الإجمالية لأنظمة الطاقة النظيفة".

وإدراكاً للأهمية الاستراتيجية للطاقة الشمسية البحرية، تتحرك هيئات التقييس الصينية لوضع مبادئ توجيهية فنية واضحة. يجري الآن بذل جهد وطني مستمر لإنشاء "مواصفات فنية للتحكم في التآكل في الأنظمة الكهروضوئية البحرية"، والتي تم تطويرها بشكل أساسي من قبل معهد شاندونغ لاستشارات هندسة الطاقة الكهربائية. تتضمن هذه المبادرة مجموعة واسعة من خبراء الصناعة مثل لونغي وهواوي والعديد من المؤسسات البحثية التي تساهم في إنشاء مشروع التقييس الوطني هذا وسيتم تطويره لاحقًا إلى وثيقة سيتم نشرها قريبًا.

تنتقل الطاقة الشمسية البحرية من كونها فكرة تجريبية إلى كونها صناعة مشروعة، مع تشغيل مشاريع الطاقة الشمسية البحرية الآن ومعايير أكثر صرامة في الطريق. ويولد مشروع سينوبك 16.7 مليون كيلووات في الساعة من الطاقة المتجددة سنويًا بينما يزيل 14000 طن من انبعاثات الكربون من الغلاف الجوي ولديه خطط لتوسيع قدرته إلى 23 ميجاوات.

وعلى الرغم من وجود العديد من التحديات التي يجب أن تواجهها المناطق الساحلية بسبب التعرض للمياه المالحة والعواصف والرياح؛ من خلال مواد مبتكرة؛ تصميم ذكي. والاختبارات المكثفة، طورت صناعة الطاقة الشمسية طرقًا للنجاح في استخدام الطاقة الشمسية حيث تلتقي الأرض بالمحيطات. ونتيجة لذلك، فتحت الطاقة الشمسية موارد متجددة جديدة لدعم ما يصل إلى 71% من سطح الأرض الذي تغطيه المحيطات.