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隨著中國在光伏發(fā)電領域的持續(xù)投入，中國已經(jīng)鞏固了世界第一光伏發(fā)電大國的地位。中國不僅是全球最大的太陽能板生產(chǎn)國，還在新增光伏裝機容量和發(fā)電量方面處于世界領先地位。我們也經(jīng)常會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、首例水光互補技術的龍羊峽水光互補光伏電站、世界上最大的光伏板圖形電站：達拉特旗光伏領跑者基地“駿馬”光伏電站……近些年，中國不斷刷新著自己在光伏電站領域的成績，看來能超越中國光伏的恐怕也只有中國光伏了。

近日，中國光伏又拿了一個世界第一。位于山東德州的華能丁莊水庫光伏項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，這個項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)勢和缺點？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將光伏組件漂浮在水面進行發(fā)電的光伏系統(tǒng)。一般來說，水上漂浮光伏可以應用的水面主要有水塘、小型湖泊、水庫、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世紀初期，在2006年，位于法國里爾的漂浮光伏專業(yè)公司Cielet Terre就開始推動這一想法。2007年，Napa Valle的葡萄酒生產(chǎn)商Far Niente的一個池塘里出現(xiàn)了一個175KW小型商業(yè)電站，這個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。第一個正式的漂浮光伏系統(tǒng)于2007年在日本愛知縣建成。隨后，許多國家出現(xiàn)了許多兆瓦級以下的小型電站，尤其是法國、意大利、韓國、西班牙和美國，這些電站主要用于研究和示范。由于當時光伏技術尚不成熟，從2008年到2014年，最初的20個漂浮光伏電站的裝機容量只有十幾個KW，且累計裝機容量只有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的施工，二來可以適應水位的上下浮動，而且不占用土地資源。

進入2018年，漂浮式光伏受到廣泛關注，根據(jù)世界銀行的數(shù)據(jù)顯示，到2018年，全球累計裝機容量已經(jīng)達到1.3GW，翻了100倍。

水上漂浮光伏有何優(yōu)勢？

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，對于土地稀缺或者多山的國家來說，安裝地面式光伏會占據(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。在中國的西北地區(qū)，土地價格雖然便宜，但由于距離用電地區(qū)較遠，輸送電力需要大量成本，并且在傳輸過程中，電力也會有一定的損耗，所以在中國，也很適合在一些水庫、湖泊地區(qū)發(fā)展水上漂浮光伏。



2. 減少水分蒸發(fā)。在一些干旱和大風地區(qū)，炎熱的氣候和風會導致水分蒸發(fā)，流失大量水資源。在智利，研究人員在兩個相似的水塘進行了實驗，一個水塘放置了光伏浮動元件，另一個未覆蓋。經(jīng)過8個月的試驗結果表明，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，放置在浮動蓋上的光伏電池可產(chǎn)生高達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試驗臺的研究表明，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，強烈的光照會刺激水中藻類的繁殖，如果這些藻類不受控制地增生，將會對湖泊生態(tài)造成嚴重的后果。2007年，我國太湖水域大面積爆發(fā)藍藻，嚴重影響了當?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，改善水質(zhì)，可以降低水庫處理水質(zhì)的成本。

水上漂浮光伏會對環(huán)境造成影響嗎？

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

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




在水質(zhì)方面，雖然光伏板遮擋了水面，但風和陽光仍然可以到達板下的水域，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，從而導致減少了風對于河岸的侵蝕，從而保護了河岸邊的植被。

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

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

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，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、水位、結冰等因素的影響，且需要監(jiān)測光伏組件對水質(zhì)、水中魚類、植物等是否有不利影響。




4，維護困難：要對水上漂浮光伏進行檢修，存在一定的難度，特別是水下錨塊和電纜的部分，檢修需要潛水設備，水面上的組件也需要在建設之初就設計檢修維護的專用通道和平臺，都加大了維護的難度。

結語：

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

原標題：又拿世界第一，“水上漂”一年發(fā)電2億度！