Floating Solar Power Plants: Harvesting Clean Energy on Water

1. Introduction | Giới thiệu

English:
In the global race towards net-zero emissions, the renewable energy sector is continuously innovating to overcome the classic challenge of solar power: land use. As ground-mounted solar farms compete with agriculture and urbanization for space, an elegant and highly efficient solution has emerged from the surface of our lakes, reservoirs, and seas: the Floating Photovoltaic (FPV) system, commonly known as the floating solar power plant.

More recently, a groundbreaking evolution of this technology has taken center stage: the "vertical" or "semi-submersible" floating solar plant. By moving from horizontal panels to vertical, east-west oriented modules, these next-generation "semi-immersed" power plants are not only saving land but also promising higher stability, better integration with marine environments, and a more consistent power supply throughout the day. This article explores the technology, the latest global innovations, and the immense potential of floating solar, particularly for a water-rich country like Vietnam.

Tiếng Việt:
Trong cuộc đua toàn cầu hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0, lĩnh vực năng lượng tái tạo không ngừng đổi mới để vượt qua thách thức kinh điển của điện mặt trời: vấn đề quỹ đất. Khi các trang trại điện mặt trời trên đất liền phải cạnh tranh với nông nghiệp và đô thị hóa, một giải pháp thanh lịch và hiệu quả cao đã nổi lên từ bề mặt của các hồ, hồ chứa và biển: đó là Hệ thống Điện mặt trời nổi (FPV), thường được gọi là nhà máy điện mặt trời bán ngập hay nhà máy điện nổi.

Gần đây, một bước tiến mang tính cách mạng của công nghệ này đã chiếm vị trí trung tâm: nhà máy điện mặt trời nổi "dọc" hoặc "bán chìm". Bằng cách chuyển từ các tấm pin nằm ngang sang các mô-đun lắp dọc, định hướng Đông-Tây, những nhà máy điện "bán ngập" thế hệ mới này không chỉ tiết kiệm đất mà còn hứa hẹn độ ổn định cao hơn, khả năng tích hợp tốt hơn với môi trường biển và cung cấp điện ổn định hơn trong suốt cả ngày. Bài viết này sẽ khám phá công nghệ, những cải tiến mới nhất trên thế giới và tiềmăng to lớn của điện mặt trời nổi, đặc biệt là đối với một quốc gia giàu tài nguyên nước như Việt Nam.

2. What is a Floating Solar Power Plant? | Nhà máy điện bán ngập là gì?

English:
A floating solar power plant operates on the same principle as a traditional solar farm—converting sunlight into electricity using photovoltaic (PV) panels. The key difference lies in its foundation. Instead of being mounted on the ground or a rooftop, the panels are installed on floating platforms that rest on the surface of a body of water .

These platforms are typically made of high-density polyethylene (HDPE) or other buoyant, durable materials resistant to corrosion and UV radiation. The entire array is secured to the waterbed or shoreline via a sophisticated mooring and anchoring system, preventing it from drifting due to wind or water currents. The electricity generated is transmitted via underwater cables to a central inverter on the shore before being fed into the grid .

Tiếng Việt:
Nhà máy điện mặt trời nổi hoạt động dựa trên cùng nguyên lý với trang trại điện mặt trời truyền thống — chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sử dụng các tấm pin quang điện (PV). Sự khác biệt chính nằm ở phần nền móng. Thay vì được lắp đặt trên đất liền hay mái nhà, các tấm pin được đặt trên các bệ nổi nằm trên bề mặt của một vùng nước .

Những bệ nổi này thường được làm bằng polyetylen mật độ cao (HDPE) hoặc các vật liệu nổi, bền bỉ khác có khả năng chống ăn mòn và tia cực tím. Toàn bộ hệ thống được cố định xuống lòng hồ hoặc bờ bằng một hệ thống neo đậu và dây giằng phức tạp, ngăn không cho hệ thống trôi dạt do gió hoặc dòng chảy. Điện năng tạo ra được truyền qua cáp ngầm dưới nước đến bộ biến tần trung tâm trên bờ trước khi hòa vào lưới điện .

3. The Next Wave: Vertical & Offshore Innovations | Làn Sóng Mới: Cải Tiến Theo Chiều Dọc & Ngoài Khơi

English:
While traditional floating solar is well-established on inland lakes and reservoirs, the industry is now pushing into harsher environments and experimenting with radical new designs.

3.1. The World‘s First Vertical Floating PV
In late 2024, Germany marked a milestone with the inauguration of the world’s first vertical floating PV system at a gravel pit lake in Bavaria. Developed by Sinn Power, this 1.87 MW project abandons the horizontal layout. Instead, solar modules are mounted vertically in an east-west orientation, with wide water corridors between them .

This design offers several distinct advantages:

• All-Day Energy Profile: Vertical east-west facing panels capture sunlight more effectively during the morning and evening when the sun is low, complementing the midday peak of traditional ground-mounted or horizontal floating systems. This creates a more balanced and grid-friendly power generation curve .

• Extreme Storm Resistance: The system features a keel-like substructure that extends 1.6 meters deep. This allows the panels to move controlledly with wind pressure rather than resisting it rigidly, making them incredibly resilient to storms .

• Environmental Harmony: By covering less than 5% of the water surface, these systems allow sunlight and oxygen to reach the water, preserving the aquatic ecosystem. Initial observations even show new habitats forming, with birds nesting on the floats and fish gathering around the keels .

3.2. Conquering the Sea: Offshore Solar
The ultimate frontier for FPV is the open sea. Projects like the EU-funded BAMBOO initiative are designing large-scale offshore solar systems that can withstand ocean waves and corrosive saltwater. These systems are intended to be co-located with offshore wind farms, sharing space and grid connections to maximize energy output from the sea .

Similarly, in China, Sinopec has launched the country's first commercial floating offshore PV project in a full-seawater environment. Covering 60,000 square meters, this 7.5 MW plant uses specially engineered floats resistant to salt mist and barnacles, anchored to withstand typhoons with wind speeds of up to level 13. A key benefit observed is that the cooling effect of the seawater boosts power generation efficiency by 5-8% .

Tiếng Việt:
Trong khi điện mặt trời nổi truyền thống đã được ứng dụng vững chắc trên các hồ và hồ chứa nội địa, ngành công nghiệp này hiện đang tiến ra những môi trường khắc nghiệt hơn và thử nghiệm các thiết kế mới mang tính đột phá.

3.1. Điện mặt trời nổi dọc đầu tiên trên thế giới
Vào cuối năm 2024, Đức đã đánh dấu một cột mốc quan trọng với việc khánh thành hệ thống điện mặt trời nổi dọc đầu tiên trên thế giới tại một hồ khai thác sỏi ở Bavaria. Được phát triển bởi Sinn Power, dự án công suất 1,87 MW này đã từ bỏ bố trí nằm ngang truyền thống. Thay vào đó, các mô-đun năng lượng mặt trời được lắp đặt theo chiều dọc, hướng Đông-Tây, với các hành lang nước rộng ở giữa .

Thiết kế này mang lại một số lợi thế khác biệt:

• Hồ sơ năng lượng cả ngày: Các tấm pin dọc hướng Đông-Tây hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn vào buổi sáng và buổi chiều tối khi mặt trời ở vị trí thấp, bổ sung cho đỉnh cao giữa trưa của các hệ thống nằm ngang trên đất liền hay mặt nước. Điều này tạo ra một đường cong sản xuất điện cân bằng và thân thiện với lưới điện hơn .

• Kháng bão cực tốt: Hệ thống có kết cấu phụ giống như sống tàu kéo dài 1,6 mét xuống dưới nước. Điều này cho phép các tấm pin di chuyển một cách có kiểm soát theo áp lực gió thay vì chống lại một cách cứng nhắc, giúp chúng có khả năng chống chịu bão cực kỳ ấn tượng .

• Hài hòa môi trường: Bằng cách che phủ ít hơn 5% bề mặt nước, các hệ thống này cho phép ánh sáng mặt trời và oxy tiếp cận mặt nước, bảo tồn hệ sinh thái dưới nước. Các quan sát ban đầu còn cho thấy môi trường sống mới đang hình thành, với chim làm tổ trên phao và cá tụ tập xung quanh các bộ phận sống tàu .

3.2. Chinh phục biển cả: Điện mặt trời nổi ngoài khơi
Biên giới cuối cùng của FPV là ngoài khơi xa. Các dự án như sáng kiến BAMBOO do EU tài trợ đang thiết kế các hệ thống điện mặt trời nổi quy mô lớn có thể chịu được sóng biển và nước mặn ăn mòn. Các hệ thống này nhằm mục đích được đặt chung với các trang trại điện gió ngoài khơi, chia sẻ không gian và kết nối lưới điện để tối đa hóa sản lượng năng lượng từ biển .

Tương tự, tại Trung Quốc, Sinopec đã đưa vào vận hành dự án điện mặt trời nổi thương mại đầu tiên của nước này trong môi trường nước biển hoàn toàn. Phủ rộng 60.000 mét vuông, nhà máy công suất 7,5 MW này sử dụng phao được thiết kế đặc biệt có khả năng chống phù muối và hà bám, được neo đậu để chịu được bão với sức gió lên tới cấp 13. Một lợi ích chính được ghi nhận là hiệu ứng làm mát của nước biển giúp tăng hiệu suất phát điện lên 5-8% .

4. Advantages of Floating Solar | Lợi thế của điện mặt trời nổi

English:
Floating solar technology offers a "win-win" scenario, addressing many of the pain points of traditional solar energy :

1. No Land Competition: It preserves valuable land for agriculture, conservation, or urban development.

2. Higher Efficiency: The natural cooling effect of water keeps the solar panels at lower temperatures, which can increase their efficiency by 5-10% compared to land-based systems.

3. Water Conservation: By shading the water, FPV systems significantly reduce evaporation from reservoirs, a critical benefit for drinking water supplies and irrigation in arid regions.

4. Algae Growth Reduction: Shading helps limit the photosynthesis process that leads to algae blooms, improving water quality.

5. Synergy with Hydropower: Pairing FPV with hydroelectric dams is a perfect match. Solar power can pump water uphill for storage or use the existing grid connection, creating a hybrid system that can generate power day and night .

Tiếng Việt:
Công nghệ điện mặt trời nổi mang đến một kịch bản "đôi bên cùng có lợi", giải quyết nhiều điểm nghẽn của năng lượng mặt trời truyền thống :

1. Không cạnh tranh đất đai: Nó bảo tồn đất đai có giá trị cho nông nghiệp, bảo tồn hoặc phát triển đô thị.

2. Hiệu suất cao hơn: Hiệu ứng làm mát tự nhiên của nước giữ cho các tấm pin ở nhiệt độ thấp hơn, có thể làm tăng hiệu suất của chúng lên 5-10% so với các hệ thống trên đất liền.

3. Bảo tồn nước: Bằng cách che phủ mặt nước, các hệ thống FPV làm giảm đáng kể sự bốc hơi từ các hồ chứa, một lợi ích quan trọng đối với nguồn cung cấp nước uống và tưới tiêu ở các vùng khô hạn.

4. Giảm phát triển tảo: Việc che bóng giúp hạn chế quá trình quang hợp dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa, cải thiện chất lượng nước.

5. Hiệp đồng với thủy điện: Kết hợp FPV với các đập thủy điện là một sự kết hợp hoàn hảo. Điện mặt trời có thể bơm nước lên cao để tích trữ hoặc sử dụng kết nối lưới điện hiện có, tạo ra một hệ thống lai có thể sản xuất điện cả ngày lẫn đêm .

5. Challenges and Considerations | Thách thức và cân nhắc

English:
Despite its promise, floating solar is not without challenges :

• Higher Initial Cost: Floating platforms, mooring systems, and water-resistant electrical components make FPV more expensive to install than ground-mounted systems.

• Maintenance Complexity: Accessing panels in the middle of a lake or at sea requires boats and specialized equipment, making maintenance and cleaning more difficult and costly.

• Environmental Impact: While generally positive, large-scale installations can still affect aquatic life by reducing light penetration and altering water temperature or oxygen levels. Careful site selection and design are crucial.

• Durability: Components must be resistant to constant moisture, waves, and in coastal areas, high levels of salt corrosion.

Tiếng Việt:
Mặc dù đầy hứa hẹn, điện mặt trời nổi không phải là không có thách thức :

• Chi phí ban đầu cao hơn: Các bệ nổi, hệ thống neo đậu và các thành phần điện chống nước làm cho việc lắp đặt FPV đắt hơn so với hệ thống trên đất liền.

• Phức tạp trong bảo trì: Việc tiếp cận các tấm pin ở giữa hồ hoặc ngoài biển đòi hỏi thuyền và thiết bị chuyên dụng, khiến việc bảo trì và vệ sinh khó khăn và tốn kém hơn.

• Tác động môi trường: Mặc dù nhìn chung là tích cực, các dự án quy mô lớn vẫn có thể ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh bằng cách giảm sự xâm nhập ánh sáng và làm thay đổi nhiệt độ hoặc mức oxy trong nước. Việc lựa chọn và thiết kế vị trí cẩn thận là rất quan trọng.

• Độ bền: Các thành phần phải có khả năng chống ẩm ướt liên tục, sóng và ở các khu vực ven biển, mức độ ăn mòn muối cao.

6. The Future is Afloat: A Hybrid Vision | Tương lai nổi: Tầm nhìn lai ghép

English:
The future of floating solar is moving towards hybridization. Researchers in India, for example, are developing dual-use floating platforms that combine both wind turbines and solar panels on a single, semi-submersible structure. These partially compliant platforms are rigid enough to support heavy turbines yet flexible enough to move with waves, unlocking the potential for massive clean energy generation far out at sea .

As technology advances and costs decrease, floating solar is set to become a cornerstone of the global energy transition. It turns underutilized water surfaces into power plants, bringing us one step closer to a sustainable future.

Tiếng Việt:
Tương lai của điện mặt trời nổi đang hướng tới sự lai ghép. Các nhà nghiên cứu tại Ấn Độ, chẳng hạn, đang phát triển các bệ nổi đa năng kết hợp cả tuabin gió và tấm pin mặt trời trên một cấu trúc bán chìm duy nhất. Các bệ có tính tuân thủ một phần này đủ cứng để hỗ trợ các tuabin nặng nhưng cũng đủ linh hoạt để di chuyển theo sóng, mở ra tiềm năng sản xuất năng lượng sạch quy mô lớn ngoài khơi xa .

Khi công nghệ tiến bộ và chi phí giảm xuống, điện mặt trời nổi được thiết lập để trở thành nền tảng của quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Nó biến các bề mặt nước chưa được sử dụng đúng mức thành các nhà máy điện, đưa chúng ta đến gần hơn một bước với một tương lai bền vững.

7. Conclusion | Kết luận

English:
From the vertical panels on a quiet German lake to the wave-battered expanses of the North Sea, floating solar power plants are redefining the boundaries of renewable energy. The "semi-immersed" power plant is more than just an engineering curiosity; it is a testament to human ingenuity in our quest for harmony with nature. For nations with long coastlines and numerous reservoirs, like Vietnam, this technology offers a golden opportunity to scale up clean energy capacity without sacrificing precious land, powering a greener future from the water itself.

Tiếng Việt:
Từ những tấm pin dọc trên một mặt hồ tĩnh lặng ở Đức đến những vùng biển sóng gió Bắc Hải, các nhà máy điện bán ngập đang xác định lại ranh giới của năng lượng tái tạo. Nhà máy điện "bán ngập" không chỉ đơn thuần là một sự tò mò về kỹ thuật; nó là minh chứng cho sự khéo léo của con người trong hành trình tìm kiếm sự hài hòa với thiên nhiên. Đối với các quốc gia có đường bờ biển dài và nhiều hồ chứa như Việt Nam, công nghệ này mang đến một cơ hội vàng để mở rộng quy mô công suất năng lượng sạch mà không phải hy sinh đất đai quý giá, cung cấp năng lượng cho một tương lai xanh hơn ngay từ chính mặt nước.