Effects of floating photovoltaic systems on reservoir hydrodynamics and water quality

Untersuchungen zu Auswirkungen schwimmender Photovoltaikanlagen (FPV) haben gezeigt, dass die bedeckten Fläche sowie die Eigenschaften des Gewässers, auf dem sich die Anlagen befinden, entscheidenden Einfluss haben. Im Rahmen der Arbeit wurden zwei Fallstudien durchgeführt: eine in einem Kiesgrubensee in Süddeutschland mit 8% bedeckter Fläche und eine weitere in einem subtropischen Stausee im Süden Brasiliens mit 0,01% bedeckter Fläche. Der Kiesgrubensee wurde von September 2023 bis Juli 2024 überwacht, der Stausee von Oktober 2022 bis April 2023. In beiden Gewässern wurden kontinuierliche Temperatur- und Sauerstoffaufzeichnungen ergänzt durch punktuellen Messungen mit Multiparameter-Sensoren. ... mehrFür beide Standorte wurde gezeigt, dass bei den festgestellten Temperaturschwankungen keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den bedeckten und den unbedeckten Messpunkten aufweisen. Andererseits zeigten die Ergebnisse für den gelösten Sauerstoff eine Verringerung der Konzentration unterhalb der Photovoltaikanlagen. In Modellbetrachtungen wurden Szenarien für die Erweiterung der Abdeckung simuliert, um Auswirkungen auf den advektiven Transport und den Wiederbelüftungsprozess zu bewerten. Die Modelle wurden für Temperatur und gelösten Sauerstoff kalibriert und zeigten zufriedenstellende Ergebnisse. Es wurden fünf Szenarien für den Kiesgrubensee (Basis, aktueller Zustand und drei Erweiterungen) und zwei für den Stausee (aktueller Zustand und Erweiterung) simuliert. Beide zeigten eine Verringerung der Oberflächentemperatur, der Sprungschichttiefe und der Schmidt-Stabilität. Beim gelösten Sauerstoff, der nur unter Berücksichtigung der physikalischen Wiederbelüftung modelliert wurde, kam es zu einem Anstieg der Konzentrationen. Beide Modelle zeigten eine Verringerung der Verdunstung, die im Stausee höher war als im Kiesgrubensee, wenn man von ähnlichen Bedeckungsgraden ausgeht. Hinsichtlich der Geschwindigkeiten unterschieden sich die Modelle zwischen den Umgebungen, wobei die Geschwindigkeit im See im Vergleich zum Basisszenario anstieg und im Stausee sank. Im Allgemeinen sind die Auswirkungen von FPV nicht linear und hängen von den Systemkonfigurationen sowie der Umgebung ab, in der sie eingesetzt werden, und können die räumliche Heterogenität der Umgebungen erhöhen. Der verwendete Computermodellierungsansatz wird als vielversprechend angesehen und könnte ergänzt werden, um in Zukunft weitere Wasserqualitätsprozesse zu berücksichtigen.

Investigations into the impacts of floating photovoltaic panels (FPV) have shown that these are dependent on the area of coverage, as well as the characteristics of the water body in which they are located. Two case studies were monitored, a gravel pit lake located in the south of Germany, with 8% covered area, and a subtropical reservoir in the south of Brazil, with 0.01% covered area. The former was monitored from September 2023 to July 2024, while the latter was monitored from October 2022 to April 2023, both with fixed temperature and oxygen sensors, and punctual measurements with multi-parameter sensors. ... mehrFor both sites, it was found that the temperature variation showed no statistically significant differences between the covered and uncovered points. On the other hand, the dissolved oxygen results showed reductions in concentration due to the presence of panels. Cover expansion scenarios were also simulated in order to assess their impact on advective transport and on the reaeration process. The models were calibrated for temperature and dissolved oxygen, showing satisfactory results. Five scenarios were simulated for the lake (base, current, and three expansions) and two for the reservoir (current and expansion). Both showed a reduction in surface temperature, thermocline depth and Schmidt stability. Regarding dissolved oxygen, which was modeled considering only the reaeration process, there was an increase in concentrations. Both models showed a reduction in evaporation, which was higher in the reservoir than in the lake, considering similar coverage percentages. In terms of velocities, the models differed between the environments, with an increase in velocity in the lake compared to the base scenario, and a reduction in the reservoir. In general, the impacts of FPV are not linear and depend on the system's configurations, as well as the environment in which they are inserted, and can increase the spatial heterogeneity of environments. The computer modeling approach used is considered promising and could be complemented to consider more water quality processes in the future.