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隨著中國(guó)在光伏發(fā)電領(lǐng)域的持續(xù)投入，中國(guó)已經(jīng)鞏固了世界第一光伏發(fā)電大國(guó)的地位。中國(guó)不僅是全球最大的太陽(yáng)能板生產(chǎn)國(guó)，還在新增光伏裝機(jī)容量和發(fā)電量方面處于世界領(lǐng)先地位。我們也經(jīng)常會(huì)在新聞上看到各種花式的光伏電站：靠“萌力”發(fā)電的大同熊貓光伏電站、和新加坡的國(guó)土面積差不多大的青海塔拉灘光伏發(fā)電站、首例水光互補(bǔ)技術(shù)的龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站、世界上最大的光伏板圖形電站：達(dá)拉特旗光伏領(lǐng)跑者基地“駿馬”光伏電站……近些年，中國(guó)不斷刷新著自己在光伏電站領(lǐng)域的成績(jī)，看來能超越中國(guó)光伏的恐怕也只有中國(guó)光伏了。

近日，中國(guó)光伏又拿了一個(gè)世界第一。位于山東德州的華能丁莊水庫(kù)光伏項(xiàng)目成為了全球單體最大水上漂浮式光伏電站。和陸地上的光伏電站不同，這個(gè)項(xiàng)目的光伏板都是漂浮在湖面上的，究竟什么是水上漂浮光伏電站？水上漂浮光伏有哪些優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)？讓我們一起來看看。

水上漂浮光伏是什么？

水上漂浮光伏電站是利用某種水上基臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電的光伏系統(tǒng)。一般來說，水上漂浮光伏可以應(yīng)用的水面主要有水塘、小型湖泊、水庫(kù)、蓄水池等。在新加坡也有小量在海上漂浮光伏，但由于海上風(fēng)浪較大，環(huán)境不太適合這種光伏系統(tǒng)。




最早的水上漂浮光伏想法出現(xiàn)在21世紀(jì)初期，在2006年，位于法國(guó)里爾的漂浮光伏專業(yè)公司Cielet Terre就開始推動(dòng)這一想法。2007年，Napa Valle的葡萄酒生產(chǎn)商Far Niente的一個(gè)池塘里出現(xiàn)了一個(gè)175KW小型商業(yè)電站，這個(gè)電站可以降低能源成本，避免占用土地。在土地上種葡萄樹可以帶來更高的利潤(rùn)。第一個(gè)正式的漂浮光伏系統(tǒng)于2007年在日本愛知縣建成。隨后，許多國(guó)家出現(xiàn)了許多兆瓦級(jí)以下的小型電站，尤其是法國(guó)、意大利、韓國(guó)、西班牙和美國(guó)，這些電站主要用于研究和示范。由于當(dāng)時(shí)光伏技術(shù)尚不成熟，從2008年到2014年，最初的20個(gè)漂浮光伏電站的裝機(jī)容量只有十幾個(gè)KW，且累計(jì)裝機(jī)容量只有10MW。




常見的水上漂浮光伏電站有兩種形式：一種是打樁式。即在水底向下打樁，在樁上設(shè)立光伏組件的支架，但這種方式比較適合在較淺的環(huán)境，一般適合在3米以下的小型水塘。這種方式在基礎(chǔ)施工上難度較大，在成本上也在一定程度上有所增加。另外一種是漂浮式，通過底座、浮筒、纜繩、錨塊等裝置將光伏組件連接，這種方式一來可以省去基礎(chǔ)的施工，二來可以適應(yīng)水位的上下浮動(dòng)，而且不占用土地資源。

進(jìn)入2018年，漂浮式光伏受到廣泛關(guān)注，根據(jù)世界銀行的數(shù)據(jù)顯示，到2018年，全球累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到1.3GW，翻了100倍。

水上漂浮光伏有何優(yōu)勢(shì)？

1. 節(jié)省土地、易于搭建。地面式光伏大多建在地形比較平坦的區(qū)域，對(duì)于土地稀缺或者多山的國(guó)家來說，安裝地面式光伏會(huì)占據(jù)大量土地資源，在一些山地地區(qū)也很難搭建光伏，這些都會(huì)增加安裝光伏的成本。這也是近年來，日本、新加坡在大力發(fā)展水上漂浮的原因之一。在中國(guó)的西北地區(qū)，土地價(jià)格雖然便宜，但由于距離用電地區(qū)較遠(yuǎn)，輸送電力需要大量成本，并且在傳輸過程中，電力也會(huì)有一定的損耗，所以在中國(guó)，也很適合在一些水庫(kù)、湖泊地區(qū)發(fā)展水上漂浮光伏。



2. 減少水分蒸發(fā)。在一些干旱和大風(fēng)地區(qū)，炎熱的氣候和風(fēng)會(huì)導(dǎo)致水分蒸發(fā)，流失大量水資源。在智利，研究人員在兩個(gè)相似的水塘進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，一個(gè)水塘放置了光伏浮動(dòng)元件，另一個(gè)未覆蓋。經(jīng)過8個(gè)月的試驗(yàn)結(jié)果表明，與未覆蓋的池塘相比，帶有浮蓋的池塘水蒸發(fā)量減少了 90% 以上。此外，放置在浮動(dòng)蓋上的光伏電池可產(chǎn)生高達(dá)68 Wp/m²的電能。

3. 提高元件發(fā)電效率。提高發(fā)電效率是水上漂浮光伏的重要優(yōu)勢(shì)之一，光伏模塊溫度升高是提高能耗的主要因素，因此在水域環(huán)境下，水的蒸發(fā)冷卻效果可以降低光伏的工作溫度，從而提高組件工作的效率。新加坡FPV試驗(yàn)臺(tái)的研究表明，水上的環(huán)境空氣溫度比鄰近的陸地環(huán)境低約 1°C 至 3°C，可以降低光伏組件5°C 至10°C的工作溫度。而且由于開闊水域的風(fēng)速更高，也可以減少元件的工作溫度，除此之外，水面上的灰塵也更少，減少了面板上灰塵和沙土的聚集，從而影響元件的發(fā)電效率。




4. 抑制水中藻類繁殖。在池塘、湖泊等環(huán)境下，強(qiáng)烈的光照會(huì)刺激水中藻類的繁殖，如果這些藻類不受控制地增生，將會(huì)對(duì)湖泊生態(tài)造成嚴(yán)重的后果。2007年，我國(guó)太湖水域大面積爆發(fā)藍(lán)藻，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钣盟?。漂浮式光伏，可以通過覆蓋水面，抑制藻類的生長(zhǎng)，改善水質(zhì)，可以降低水庫(kù)處理水質(zhì)的成本。

水上漂浮光伏會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響嗎？

說了這么多水上漂浮光伏的優(yōu)勢(shì)，有人可能要問了，水上漂浮光伏沒有缺點(diǎn)嗎？在水里架設(shè)光伏電站不會(huì)對(duì)水質(zhì)環(huán)境帶來影響嗎？

2021年5月18日，根據(jù)德國(guó)可再生能源公司BayWar進(jìn)行的初步研究表明，水上漂浮光伏對(duì)周圍環(huán)境沒有不利影響。此次研究開始于2020年2月，BayWare聯(lián)合Hanze大學(xué)和Buro Bakker/ATKB，對(duì)亞洲以外最大的漂浮光伏電站，位于荷蘭茲沃勒的“Bomhofsplas”浮動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)進(jìn)行了研究。




在水質(zhì)方面，雖然光伏板遮擋了水面，但風(fēng)和陽(yáng)光仍然可以到達(dá)板下的水域，光伏板下方的水質(zhì)和周圍水域水質(zhì)保持在同一水平；除此之外，對(duì)于水下的生物和生態(tài)，研究人員觀察到，由于漂浮光伏板遮擋了水面上的風(fēng)，從而導(dǎo)致減少了風(fēng)對(duì)于河岸的侵蝕，從而保護(hù)了河岸邊的植被。

水上漂浮光伏電站雖然不會(huì)對(duì)生態(tài)造成影響，但目前還有以下幾項(xiàng)挑戰(zhàn)需要克服：

1、漂浮設(shè)備要求高、成本高：支撐組件漂浮的設(shè)備要具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，同時(shí)也要有低密度、抗凍脹、抗風(fēng)浪等特點(diǎn)。并且組件長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺(tái)的承載力和使用壽命也都需要嚴(yán)格的考量。因此，漂浮設(shè)備的造價(jià)高昂也使得工程項(xiàng)目的成本有所增加。

2、選址要求高：水上漂浮光伏并不適用于所有水域，必須是面積廣、徑流穩(wěn)定、風(fēng)速低、光照條件好、水位變化穩(wěn)定、開發(fā)條件好，沒有大規(guī)模航運(yùn)，生態(tài)環(huán)境不是敏感區(qū)的水域。

3、不確定因素多：水面容易受大風(fēng)、水位、結(jié)冰等因素的影響，且需要監(jiān)測(cè)光伏組件對(duì)水質(zhì)、水中魚類、植物等是否有不利影響。




4，維護(hù)困難：要對(duì)水上漂浮光伏進(jìn)行檢修，存在一定的難度，特別是水下錨塊和電纜的部分，檢修需要潛水設(shè)備，水面上的組件也需要在建設(shè)之初就設(shè)計(jì)檢修維護(hù)的專用通道和平臺(tái)，都加大了維護(hù)的難度。

結(jié)語(yǔ)：

可再生能源在能源安全和氣候變化問題日益嚴(yán)重的形勢(shì)下，越來越受到世界各國(guó)的高度重視，各種花式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)也是研發(fā)人員因地制宜、不斷技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果。水上漂浮光伏電站這種形式發(fā)展的時(shí)間并不長(zhǎng)，但在短時(shí)間內(nèi)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。未來，在技術(shù)突破與創(chuàng)新的推動(dòng)，且不影響生態(tài)的情況下，水上漂浮光伏市場(chǎng)將成為一片藍(lán)海。

原標(biāo)題：又拿世界第一，“水上漂”一年發(fā)電2億度！