Introduzione

I sistemi di produzione di energia solare galleggiante (FPV) rappresentano un segmento in rapida crescita dell'industria delle energie rinnovabili. Con l'installazione di pannelli solari su piattaforme galleggianti posizionati direttamente su corpi idrici come serbatoi, laghi e stagni, queste installazioni generano energia pulita e forniscono simultaneamente vantaggi accessori per la gestione delle risorse idriche. Il concetto è particolarmente attraente in regioni dove la terra è scarsa o costosa, e dove l'evaporazione dell'acqua è una preoccupazione pressante.

Cosa sono le fattorie solari galleggianti?

Un'azienda solare galleggiante consiste di moduli fotovoltaici (PV) montati su una struttura galleggiante, tipicamente realizzati in polietilene ad alta densità (HDPE) o cemento armato, che galleggia sulla superficie di un corpo idrico. Il sistema è ancorato al fondo del lago o al litorale per evitare la deriva a causa di correnti di vento e di acqua.

I sistemi FPV possono essere installati su una vasta gamma di corpi idrici, tra cui serbatoi artificiali utilizzati per l'irrigazione, l'approvvigionamento di acqua potabile, o la produzione di energia idroelettrica; laghi di cava; stagni di trattamento delle acque reflue; e anche zone costiere vicine.

I vantaggi doppi di galleggiamento solare

Maggiore efficienza energetica attraverso il raffreddamento evaporativo

I pannelli fotovoltaici perdono l'efficienza in quanto la loro temperatura di esercizio aumenta di oltre 25°C; i pannelli tipici montati a terra vedono una riduzione dell'uscita di potenza di circa 0,4-0,5% per grado Celsius aumento. I pannelli galleggianti, al contrario, beneficiano del raffreddamento evaporativo dell'acqua circostante, che li mantiene diversi gradi più freddi rispetto ai loro omologhi terrestri raggiungono un aumento del 50%.

Conservazione dell'acqua e riduzione della evaporazione

I riserve, soprattutto nelle regioni aride e semiaride, perdono volumi sostanziali di acqua all'evaporazione ogni anno. I sistemi solari galleggianti ombreggiano la superficie dell'acqua, riducono le radiazioni solari che raggiungono l'acqua e riducono così i tassi di evaporazione. La ricerca indica che il grado di copertura (area di superficie coperta da pannelli) e le condizioni climatiche locali determinano l'entità del risparmio: la copertura del 30-50% può ridurre l'evaporazione annuale del 20-40% e 40% può raggiungere la riduzione dei benefici.

Ottimizzazione dell'uso del suolo e riduzione della concorrenza terrestre

Le fattorie solari a terra con dimensioni molto elevate richiedono grandi tratti di terra piana e soleggiata, che spesso competono con l'agricoltura, la silvicoltura o lo sviluppo urbano. Il galleggiamento di energia solare si aggira interamente utilizzando le superfici di acqua esistenti. Molti serbatoi sono costruiti per il controllo delle inondazioni, l'irrigazione, o l'energia idroelettrica e hanno usi alternativi limitati.

Manutenzione e controllo delle alghe

La luce solare è il principale autista della crescita del fitoplancton; riducendo la penetrazione della luce, gli array FPV possono inibire la fioritura delle alghe, compresi i cianobatteri dannosi.

Contributo energetico rinnovabile e riduzione del carbonio

Come tutti i PV solari, il solare galleggiante produce energia elettrica con zero emissioni dirette durante il funzionamento. Splaccando la generazione di combustibili fossili, FPV contribuisce a obiettivi nazionali di energia rinnovabile e obiettivi di riduzione del carbonio globale. Il vantaggio di raffreddamento migliora ulteriormente il costo livellato di energia elettrica (LCOE) rispetto ai sistemi di terra montati in molti climi.

Considerazioni tecniche e sfide di progettazione

Sistemi di ancoraggio e ormeggio

I server sperimentano livelli d'acqua variabili — a causa di flussi stagionali, diatri o di distrazione operativa — e l'ormeggio deve ospitare il movimento verticale della piattaforma galleggiante senza stress eccessivo su cavi, cerniere, o pannelli.

Resistenza alla corrosione e alla durata del materiale

Le strutture galleggianti devono resistere all'esposizione continua alle radiazioni UV, all'umidità, alle fluttuazioni di temperatura e agli agenti chimici presenti nelle acque naturali (ad esempio, alla salinità, al cloro negli stagni di trattamento). HDPE è il materiale galleggiante più utilizzato a causa della sua bassa densità, dell'alta resistenza chimica e della durata di vita lunga (20+ anni).

Sicurezza elettrica e isolamento

I sistemi solari galleggianti devono incorporare un isolamento robusto, la messa a terra e il rilevamento delle perdite. I cavi DC sono spesso isolati a doppio isolato e indirizzati attraverso tubi galleggianti o vassoi via cavo. Gli inverter possono essere montati su riva o su piattaforme galleggianti appositamente costruite con un adeguato drenaggio. Alcuni progetti utilizzano la trasmissione DC a bassa tensione per ridurre il rischio di shock.

Impatto ambientale sugli ecosistemi acquatici

Mentre FPV riduce l'evaporazione e può controllare le alghe, può anche alterare l'habitat acquatico. La ombreggiatura riduce la temperatura dell'acqua e la penetrazione della luce, che può influenzare la crescita macrofita sommersa e il comportamento del pesce e dello zooplancton.

Costo e redditività

A partire dal 2024, il costo di capitale di galleggiamento solare è generalmente 10-30% superiore a un sistema equivalente a terra, a causa dei carri specializzati, hardware di ormeggio e installazione più complessa. Tuttavia, il rendimento di energia superiore dagli effetti di raffreddamento e il risparmio sul locazione del terreno o l'acquisto può parzialmente compensare questo premio.

Studi di casi reali

Cina: La più grande pianta solare galleggiante del mondo

La Cina è leader globale nella capacità solare galleggiante, con progetti come l'installazione di 150 MW su un ex lago di sottostazione di miniere di carbone a Huainan, provincia di Anhui. Completato nel 2017 e successivamente ampliato, questo impianto copre un'area di circa 400 ettari. È costruito su un lago formato da sottosidenza mineraria, trasformando un corpo acqua altrimenti inutilizzabile in un patrimonio energetico produttivo.

Giappone: Integrazione con le dighe esistenti

Il Giappone ha lanciato un'esperienza di sviluppo di grandi dimensioni, il solare galleggiante nel 2010, guidato da forti vincoli di terra e la necessità di una diversificazione energetica post-Fukushima. L'impianto solare galleggiante Yamakura Dam (13.7 MW) nella Prefettura di Chiba è un esempio notevole, costruito sul serbatoio di una diga di irrigazione esistente.

India: Discorso alla Scarsità di Terra

L’ambizioso obiettivo di energia rinnovabile dell’India (450 GW entro il 2030) affronta un collo di bottiglia di disponibilità terrestre.Il solare galleggiante offre una soluzione sulla vasta rete di irrigazione e serbatoi idroelettrici del paese. Il più grande impianto solare galleggiante in India — 25 MW sul serbatoio di Kayamkulam in Kerala — è stato commissionato nel 2022. Il progetto utilizza una struttura galleggiante unica progettata per resistere a forti venti e precipitazioni tipiche della stagione di monsonica.

Europa e Nord America: mercati emergenti

In Europa, i Paesi Bassi e la Francia portano a un'espansione solare galleggiante pro capite, in particolare sui laghi delle cave e sugli stagni di trattamento delle acque reflue. Il più grande progetto europeo è l'impianto di Bomhofsplas 90 MW nei Paesi Bassi, che galleggia su un ex lago di estrazione della sabbia.

Prospettive e innovazioni future

Sistemi ibridi: Floating Solar + Hydropower

Uno degli sviluppi più promettenti è quello di combinare il solare galleggiante con gli impianti idroelettrici esistenti. L'impianto FPV sul serbatoio di una diga idroelettrica, gli operatori possono aumentare la produzione totale di energia dalla stessa infrastruttura. I pannelli solari generano energia durante i picchi diurni, integrando l'energia idroelettrica che può essere trattenuta o rilasciata per soddisfare la domanda sera.

Solare di galleggiamento offshore

Mentre la maggior parte dei FPV oggi è sulle acque interne calme, le aziende stanno sviluppando sistemi progettati per le condizioni dell'oceano di acqua salata. Il solare galleggiante offshore affronta altezze molto maggiori, corrosione del sale e biofouling, ma apre anche vaste aree di oceano vicino ai principali centri di popolazione.

Sinergie di approvvigionamento idrico

Un’area di ricerca emergente è la combinazione di solare galleggiante con acquacoltura (allevamento di pesci) – nota come “acquavoltaica”. L’ombra dei pannelli può abbassare le temperature dell’acqua e ridurre lo stress del pesce, mentre la struttura fornisce apposite posate per gli uccelli. Il trattamento integrato dell’acqua e il ciclismo nutriente possono creare sistemi a ciclo chiuso per la produzione di energia e di cibo.

Conclusioni

Le aziende solari galleggianti rappresentano una tecnologia matura ma in rapida evoluzione che offre reali vantaggi: generare elettricità pulita e conservare preziose risorse idriche. L'effetto di raffreddamento migliora l'efficienza dei pannelli, l'ombra riduce l'evaporazione e controlla le alghe, e l'uso delle superfici idriche esistenti elimina la concorrenza terrestre.