文章從水上光伏電站發(fā)展優(yōu)勢(shì)，技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)備選型等方面作了探索分析，并提出了實(shí)際應(yīng)用中可能存在或需要改進(jìn)的問(wèn)題。

1 水上光伏電站的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

水上光伏電站是指在水塘、水庫(kù)、湖泊等在水上建設(shè)的光伏電站，根據(jù)項(xiàng)目地水深等情況，建設(shè)形式分為兩種：一般水深小于3m 的采用打樁架高式安裝（見(jiàn)圖1）；水深3m 以上的可以采用漂浮式安裝系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）。

國(guó)內(nèi)水上光伏電站以打樁架高式為主，但隨著水上漂浮式技術(shù)的不斷成熟，新材料、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，建設(shè)成本不斷降低。近年來(lái)水上漂浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目成為光伏發(fā)電領(lǐng)域的新熱點(diǎn)，裝機(jī)容量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

圖1 水上樁基架高式光伏電站

圖2 水上漂浮式光伏電站

1.2 水上光伏電站的優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì)如下：

① 水上光伏電站，不占用耕地、林地、一般農(nóng)用地等稀缺土地資源，提高水域附加值；

② 水塘、湖泊或采煤塌陷區(qū)的水面，一般周邊環(huán)境較開(kāi)闊，組件朝向一致，便于集中布置，集中管理；水域表面相對(duì)灰塵較少，且清洗方便，對(duì)運(yùn)維管理，保障發(fā)電量均有利；

③ 可以提高發(fā)電量約7% ～ 12%：光伏組件傾斜面上的輻射量由太陽(yáng)直接輻射量、散射輻射量、反射輻照量組成，而水面的反射率約為0.6%，遠(yuǎn)高于地面、草地等環(huán)境的反射率，經(jīng)測(cè)試評(píng)估光伏組件傾斜面上的總輻射量比地面提高約1.5%；

④ 水域的氣溫變化相對(duì)較小，夏季水體的冷卻效應(yīng)，可抑制光伏組件表面溫度的上升，提高發(fā)電量；

⑤ 我國(guó)東部地區(qū)水資源豐富，用電需求大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)勁，一般都可就近并網(wǎng)消納；

⑥ 水上光伏電站可以有效遮蔽水面，減少水體蒸發(fā)，抑制藻類生長(zhǎng)，有利于水污染的治理，提高水質(zhì)環(huán)境。

2 水上光伏電站的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 打樁架高式光伏電站主要技術(shù)特點(diǎn)

打樁架高式的水上光伏電站一般建設(shè)在水深小于3m的水域。基礎(chǔ)形式采用PHC 管樁加熱鍍鋅鋼支架的組合，樁頂高度大于洪水水位0.4m 以上，為方便船只通行，光伏組件下端離最高水位1m 以上，組件采用最佳傾角安裝。一般采用排水、清淤、晾干場(chǎng)地后再打樁，或直接采用船舶打樁。主要電氣設(shè)備都布置在道路兩側(cè)或岸邊，升壓站選址在岸上。電纜采用橋架敷設(shè)，橋架固定在管樁基礎(chǔ)上（見(jiàn)圖3）。

此類電站多采用“漁光互補(bǔ)”的建設(shè)模式。即利用水產(chǎn)養(yǎng)殖集中地區(qū)豐富的池塘水面資源，來(lái)開(kāi)發(fā)建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，采用水上發(fā)電、水下養(yǎng)殖的模式，來(lái)實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)業(yè)的互補(bǔ)發(fā)展。水上光伏電站更適宜于不喜光的特色魚(yú)類養(yǎng)殖，此外光伏發(fā)電可以直接用于養(yǎng)殖用電，降低了養(yǎng)殖成本。

2.2 漂浮式光伏電站主要技術(shù)特點(diǎn)

漂浮式光伏電站是指借助水上浮體、浮臺(tái)使光伏組件、逆變器等發(fā)電設(shè)備漂浮在水面上進(jìn)行發(fā)電。適用于水深大于3m 的，水體穩(wěn)定受臺(tái)風(fēng)影響不大的水域。漂浮式基礎(chǔ)的形式主要有浮管+ 支架、浮筒+ 支架、一體式浮筒三種結(jié)構(gòu)類型。考慮到大風(fēng)大浪的影響，組件安裝傾角，以不超過(guò)20°傾角為宜，業(yè)內(nèi)主流設(shè)計(jì)安裝傾角一般在10 ～ 18°。故漂浮式光伏電站更適合建設(shè)在緯度不大的地區(qū)，相對(duì)于最佳傾角，傾斜面的輻射量損失并不明顯。浮體通過(guò)錨固系統(tǒng)固定，根據(jù)離岸距離、水深等設(shè)計(jì)合理的固定方式：距離岸邊較近時(shí)，用繩索或撐桿將浮體固定在岸邊（見(jiàn)圖4）；離岸較遠(yuǎn)且水深較大時(shí)，可采用混凝土錨塊+ 拉簧的方式固定（見(jiàn)圖5）。錨固系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)水位的變化，一般設(shè)計(jì)成水位上下5m 范圍內(nèi)可調(diào)。

圖4 撐桿錨固

圖5 混凝土錨塊+ 拉簧

電纜及電纜橋架沿浮筒敷設(shè)，并根據(jù)水位的變化考慮足夠的電纜預(yù)留量，箱式逆變器及變壓器均可放置在混凝土浮臺(tái)上，開(kāi)關(guān)站配電室也可根據(jù)需求放置在混凝土浮臺(tái)上，做成全漂浮式的光伏電站。水漂浮式光伏電站的施工方式包含兩種：岸邊拼接浮筒，水上安裝設(shè)備；岸邊操作平臺(tái)，組件安裝后入水。經(jīng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，后一種方式更加方便、快捷。

3 主要設(shè)備材料選型及技術(shù)分析

3.1 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類型的選擇應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)、水塘水位地質(zhì)情況、施工條件、施工對(duì)水塘環(huán)境的影響以及綜合經(jīng)濟(jì)效益諸因素比較選用。業(yè)內(nèi)常用的管樁型號(hào)為PHC-300（70）A 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。管樁的計(jì)算分為：樁身強(qiáng)度、剛度、豎向承載力、水平承載力的計(jì)算，并應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載和水平靜載試驗(yàn)。打完樁后，樁頭需進(jìn)行除銹防腐處理。

3.2 漂浮式基礎(chǔ)

浮體的材料必須具備密度小、耐腐蝕、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂（風(fēng)浪、凍脹環(huán)境）、耐水汽滲透性、抗紫外線、對(duì)水環(huán)境無(wú)污染等特性。目前常用的原材料是HDPE 即高密度聚乙烯，HDPE 材料能滿足上述基本特性要求。漂浮式基礎(chǔ)的類型主要有浮管+ 支架、浮筒+ 支架、一體式浮筒三種（見(jiàn)圖6、7、8），其優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比（見(jiàn)表1）

圖6 浮管+ 支架

圖7 浮筒+ 支架

圖8 一體化浮筒

表1 漂浮式基礎(chǔ)的三種類型優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

綜上，一體化浮筒的結(jié)構(gòu)形式因優(yōu)點(diǎn)多成本較低，越來(lái)越得到認(rèn)可。

3.3 光伏組件

水面環(huán)境下對(duì)光伏組件的性能提出更高的要求，組件的主要風(fēng)險(xiǎn)因素及對(duì)策如下：

① 潮濕環(huán)境下組件易產(chǎn)生PID 效應(yīng)——選擇抗PID 效應(yīng)較強(qiáng)的雙玻組件；

② 潮濕環(huán)境組件的電氣絕緣性能下降——選用更嚴(yán)密的封裝材料，組件通過(guò)雙85 測(cè)試；

③ 大風(fēng)大浪的晃動(dòng)易引起電池片的隱裂——選用機(jī)械強(qiáng)度更優(yōu)秀的單晶硅片，背板材料選用強(qiáng)化玻璃。為盡可能降低因環(huán)境引起組件的風(fēng)險(xiǎn)，建議選用抗PID 性能好，透水率低，抗酸堿老化更好的雙玻單晶光伏組件。

3.4 電纜

水上光伏電站的電纜敷設(shè)可以采用橋架架設(shè)或沿浮體頂面敷設(shè)，雖然不是直接浸泡在水中，但高濕的環(huán)境，動(dòng)蕩的水面，常規(guī)電纜難以避免水分的浸入。電纜進(jìn)水后，在電場(chǎng)的作用下，會(huì)發(fā)生水樹(shù)現(xiàn)象，水樹(shù)枝的產(chǎn)生將會(huì)造成絕緣介質(zhì)損耗增加，同時(shí)降低絕緣電阻及絕緣擊穿電壓，加快老化速度，甚至?xí)?dǎo)致電纜絕緣被擊穿，縮短電纜的使用壽命。水上光伏電站的電纜建議使用防水電纜，防水電纜在外護(hù)套或內(nèi)襯層的內(nèi)部縱包鋁塑復(fù)合帶層作為防水層實(shí)現(xiàn)防水功能。

3.5 匯流箱、逆變升壓設(shè)備

高濕環(huán)境下，電氣設(shè)備最容易出現(xiàn)箱體生銹腐蝕、插接件腐蝕、PCB 板銹蝕等現(xiàn)象。水上光伏電站所選電氣設(shè)備必須有良好的抗腐蝕、防鹽霧能力、及絕緣耐壓性能。匯流箱或組串逆變器的防護(hù)等級(jí)必須在IP65 及以上，漂浮式電站因匯流箱或組串逆變器支架安裝固定在浮體上，易接觸到水汽，建議防護(hù)等級(jí)IP67。升壓變整機(jī)具備IP65 防護(hù)等級(jí)，集中式逆變器因存在排風(fēng)系統(tǒng)，但整機(jī)防護(hù)等級(jí)也不能低于IP54，柜體內(nèi)關(guān)鍵部件提高防護(hù)等級(jí)。

逆變器應(yīng)具備可靠的防PID 功能。水上光伏電站對(duì)各個(gè)電氣設(shè)備的性能要求較高，很多設(shè)備廠家針對(duì)水上光伏項(xiàng)目特殊的運(yùn)行環(huán)境研發(fā)了專門(mén)用于設(shè)備或構(gòu)件，選型時(shí)注意選用水上光伏電站專用設(shè)備。

4 水上光伏電站需完善及改進(jìn)的問(wèn)題

目前光伏電站的設(shè)計(jì)壽命為25 年甚至更久，作為水面光伏電站的重要支撐平臺(tái)，浮體系統(tǒng)是關(guān)系到整個(gè)光伏電站能否正常運(yùn)行發(fā)電的重要環(huán)節(jié)。浮體材料對(duì)極端氣候和水位變化較大時(shí)的適應(yīng)性還要進(jìn)一步研究，常用的HDPE浮體材料易燃，且抗紫外線性能及韌性有待改進(jìn)，使用壽命有待驗(yàn)證。

初期投資成本較高，相對(duì)于地面電站，打樁架高式光伏電站投資成本每瓦高出約4% 左右，水上漂浮式光伏電站投資成本高出約12% 左右。

漁光互補(bǔ)項(xiàng)目面臨的實(shí)際問(wèn)題：捕撈不便、投飼料管理不便；一般漁塘需要定期清淤消毒，但打樁后清淤比較困難，真正做到養(yǎng)殖與發(fā)電一體的項(xiàng)目不多；電站的建設(shè)對(duì)水塘生態(tài)環(huán)境及漁業(yè)養(yǎng)殖的影響有待考量。

運(yùn)維難度大，成本高。水上光伏電站的運(yùn)維主要依賴人工巡檢，劃船巡檢難度大，效率低、人員安全風(fēng)險(xiǎn)大。智能化運(yùn)維水平、快速精準(zhǔn)故障處置能力有待提高。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水上光伏電站的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等尚未有針對(duì)性、較成熟的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，項(xiàng)目的建設(shè)主要靠自身主觀經(jīng)驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)流程需完善出臺(tái)[5]。

5 總結(jié)

我國(guó)蘊(yùn)藏豐富的水資源，湖泊、水庫(kù)眾多，發(fā)展水面光伏電站可以解除土地因素的束縛，拓寬光伏發(fā)電的應(yīng)用。水上光伏電站自身優(yōu)勢(shì)明顯，但同時(shí)需要解決完善的問(wèn)題也很多，特別是漂浮式光伏電站仍處探索試應(yīng)用階段，在距離大面積、大規(guī)模開(kāi)發(fā)還有一定的距離，組件長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境中的可靠性、浮臺(tái)的承載能力和使用壽命等問(wèn)題還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。但隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷創(chuàng)新進(jìn)步，探索階段遇到的問(wèn)題必然能得到合理解決。相信未來(lái)水上光伏電站會(huì)得到越來(lái)越多的發(fā)展應(yīng)用。