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随着中国在光伏发电领域的持续投入，中国已经巩固了世界第一光伏发电大国的地位。中国不仅是全球最大的太阳能板生产国，还在新增光伏装机容量和发电量方面处于世界领先地位。我们也经常会在新闻上看到各种花式的光伏电站：靠“萌力”发电的大同熊猫光伏电站、和新加坡的国土面积差不多大的青海塔拉滩光伏发电站、首例水光互补技术的龙羊峡水光互补光伏电站、世界上最大的光伏板图形电站：达拉特旗光伏领跑者基地“骏马”光伏电站……近些年，中国不断刷新着自己在光伏电站领域的成绩，看来能超越中国光伏的恐怕也只有中国光伏了。
近日，中国光伏又拿了一个世界第一。位于山东德州的华能丁庄水库光伏项目成为了全球单体最大水上漂浮式光伏电站。和陆地上的光伏电站不同，这个项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电站？水上漂浮光伏有哪些优势和缺点？让我们一起来看看。
水上漂浮光伏是什么？
水上漂浮光伏电站是利用某种水上基台将光伏组件漂浮在水面进行发电的光伏系统。一般来说，水上漂浮光伏可以应用的水面主要有水塘、小型湖泊、水库、蓄水池等。在新加坡也有小量在海上漂浮光伏，但由于海上风浪较大，环境不太适合这种光伏系统。
水上漂浮电站 图源：https://www.sohu.com/a/223685368_703050
最早的水上漂浮光伏想法出现在21世纪初期，在2006年，位于法国里尔的漂浮光伏专业公司Cielet Terre就开始推动这一想法。2007年，Napa Valle的葡萄酒生产商Far Niente的一个池塘里出现了一个175KW小型商业电站，这个电站可以降低能源成本，避免占用土地。在土地上种葡萄树可以带来更高的利润。第一个正式的漂浮光伏系统于2007年在日本爱知县建成。随后，许多国家出现了许多兆瓦级以下的小型电站，尤其是法国、意大利、韩国、西班牙和美国，这些电站主要用于研究和示范。由于当时光伏技术尚不成熟，从2008年到2014年，最初的20个漂浮光伏电站的装机容量只有十几个KW，且累计装机容量只有10MW。
2021年7月，以色列建成第一个水面漂浮电站项目 图源：https://www.solarbracket.cn/8225.html
常见的水上漂浮光伏电站有两种形式：一种是打桩式。即在水底向下打桩，在桩上设立光伏组件的支架，但这种方式比较适合在较浅的环境，一般适合在3米以下的小型水塘。这种方式在基础施工上难度较大，在成本上也在一定程度上有所增加。另外一种是漂浮式，通过底座、浮筒、缆绳、锚块等装置将光伏组件连接，这种方式一来可以省去基础的施工，二来可以适应水位的上下浮动，而且不占用土地资源。
进入2018年，漂浮式光伏受到广泛关注，根据世界银行的数据显示，到2018年，全球累计装机容量已经达到1.3GW，翻了100倍。
水上漂浮光伏有何优势？
1. 节省土地、易于搭建。地面式光伏大多建在地形比较平坦的区域，对于土地稀缺或者多山的国家来说，安装地面式光伏会占据大量土地资源，在一些山地地区也很难搭建光伏，这些都会增加安装光伏的成本。这也是近年来，日本、新加坡在大力发展水上漂浮的原因之一。在中国的西北地区，土地价格虽然便宜，但由于距离用电地区较远，输送电力需要大量成本，并且在传输过程中，电力也会有一定的损耗，所以在中国，也很适合在一些水库、湖泊地区发展水上漂浮光伏。
新加坡柔佛海峡海上漂浮光伏项目
2. 减少水分蒸发。在一些干旱和大风地区，炎热的气候和风会导致水分蒸发，流失大量水资源。在智利，研究人员在两个相似的水塘进行了实验，一个水塘放置了光伏浮动元件，另一个未覆盖。经过8个月的试验结果表明，与未覆盖的池塘相比，带有浮盖的池塘水蒸发量减少了 90% 以上。此外，放置在浮动盖上的光伏电池可产生高达68 Wp/m 2的电能。
3. 提高元件发电效率。提高发电效率是水上漂浮光伏的重要优势之一，光伏模块温度升高是提高能耗的主要因素，因此在水域环境下，水的蒸发冷却效果可以降低光伏的工作温度，从而提高组件工作的效率。新加坡FPV试验台的研究表明，水上的环境空气温度比邻近的陆地环境低约 1°C 至 3°C，可以降低光伏组件5°C 至10°C的工作温度。而且由于开阔水域的风速更高，也可以减少元件的工作温度，除此之外，水面上的灰尘也更少，减少了面板上灰尘和沙土的聚集，从而影响元件的发电效率。
4. 抑制水中藻类繁殖。在池塘、湖泊等环境下，强烈的光照会刺激水中藻类的繁殖，如果这些藻类不受控制地增生，将会对湖泊生态造成严重的后果。2007年，我国太湖水域大面积爆发蓝藻,严重影响了当地居民的生活用水。漂浮式光伏，可以通过覆盖水面，抑制藻类的生长，改善水质，可以降低水库处理水质的成本。
水上漂浮光伏会对环境造成影响吗？
说了这么多水上漂浮光伏的优势，有人可能要问了，水上漂浮光伏没有缺点吗？在水里架设光伏电站不会对水质环境带来影响吗？
2021年5月18日，根据德国可再生能源公司BayWar进行的初步研究表明，水上漂浮光伏对周围环境没有不利影响。此次研究开始于2020年2月，BayWare联合Hanze大学和Buro Bakker/ATKB，对亚洲以外最大的漂浮光伏电站，位于荷兰兹沃勒的“Bomhofsplas”浮动太阳能发电场进行了研究。
在水质方面，虽然光伏板遮挡了水面，但风和阳光仍然可以到达板下的水域，光伏板下方的水质和周围水域水质保持在同一水平；除此之外，对于水下的生物和生态，研究人员观察到，由于漂浮光伏板遮挡了水面上的风，从而导致减少了风对于河岸的侵蚀，从而保护了河岸边的植被。
水上漂浮光伏电站虽然不会对生态造成影响，但目前还有以下几项挑战需要克服：
1、漂浮设备要求高、成本高：支撑组件漂浮的设备要具有优良的抗腐蚀性能，同时也要有低密度、抗冻胀、抗风浪等特点。并且组件长期在潮湿环境中的可靠性、浮台的承载力和使用寿命也都需要严格的考量。因此，漂浮设备的造价高昂也使得工程项目的成本有所增加。
2、选址要求高：水上漂浮光伏并不适用于所有水域，必须是面积广、径流稳定、风速低、光照条件好、水位变化稳定、开发条件好，没有大规模航运，生态环境不是敏感区的水域。
3、不确定因素多：水面容易受大风、水位、结冰等因素的影响，且需要监测光伏组件对水质、水中鱼类、植物等是否有不利影响。
4，维护困难：要对水上漂浮光伏进行检修，存在一定的难度，特别是水下锚块和电缆的部分，检修需要潜水设备，水面上的组件也需要在建设之初就设计检修维护的专用通道和平台，都加大了维护的难度。
结语：
可再生能源在能源安全和气候变化问题日益严重的形势下，越来越受到世界各国的高度重视，各种花式太阳能光伏发电系统的出现也是研发人员因地制宜、不断技术创新的结果。水上漂浮光伏电站这种形式发展的时间并不长，但在短时间内取得了不错的成绩。未来，在技术突破与创新的推动，且不影响生态的情况下，水上漂浮光伏市场将成为一片蓝海。
参考资料：
1， 水上漂浮式光伏电站的发展及应用前景分析吴继亮;梁甜;糜文杰;谭争光;
2， 漂浮式光伏应用及技术难点简析 孙祖峰，陈佩杭
3， Where Sun Meets Water : Floating SolarMarket Report 世界银行
4， 太阳能热水系统和光伏浮盖以减少蒸发：实验结果和建模
5， https://baijiahao.baidu.com/s?id=1699821836748938576&wfr=spider&for=pc
6， https://www.mbt-energy.cn/news/industry/2108201.html
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