摘 要:闡述了海上漂浮式光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀,并分析了影響海上漂浮式光伏發(fā)電中光伏組件性能的因素,對(duì)未來(lái)海上漂浮式光伏發(fā)電的發(fā)展前景和研究方向進(jìn)行了預(yù)測(cè)。分析結(jié)果顯示:鹽霧和海水的侵蝕、高紫外線輻射、高濕度等均會(huì)導(dǎo)致光伏組件出現(xiàn)腐蝕、老化和性能降低的情況。針對(duì)這些問(wèn)題,需要在光伏組件材料選擇、光伏組件檢查和維護(hù)、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)方面加以關(guān)注。未來(lái),海洋漂浮式光伏發(fā)電技術(shù)將面臨新材料開(kāi)發(fā)、技術(shù)革新和環(huán)保型解決方案等方面的研究需求。面對(duì)海洋漂浮式光伏發(fā)電領(lǐng)域的挑戰(zhàn)需要政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的合作與創(chuàng)新,以推動(dòng)其可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞:海上漂浮式光伏電站;光伏組件;海洋環(huán)境;鹽霧腐蝕;紫外線輻射;高濕度;材料選擇
中圖分類號(hào):TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
0" 引言
在全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的大背景下,可再生能源發(fā)電技術(shù)已成為各國(guó)的共同選擇。作為一種環(huán)保、可持續(xù)的可再生能源利用形式,光伏發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用與推廣。然而,傳統(tǒng)的陸地光伏電站面臨著土地資源日益短缺的問(wèn)題,因此海上漂浮式光伏發(fā)電成為解決此問(wèn)題的重要途徑之一。海洋環(huán)境作為光伏發(fā)電的一種新的應(yīng)用場(chǎng)景,隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累,海上漂浮式光伏發(fā)電將成為推動(dòng)清潔能源轉(zhuǎn)型的重要力量,為人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。
海洋環(huán)境特殊,與陸地環(huán)境有著諸多差異,這對(duì)光伏組件的性能和穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)。基于此,本文對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡述,并對(duì)影響海上漂浮式光伏發(fā)電中光伏組件性能的因素進(jìn)行分析,最后對(duì)未來(lái)海上漂浮式光伏發(fā)電的發(fā)展前景和研究方向進(jìn)行預(yù)測(cè)。
1" 國(guó)內(nèi)外海上漂浮式光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1" 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀
目前,國(guó)外主要以應(yīng)用于淡水水域的漂浮式光伏發(fā)電為主,而海上漂浮式光伏發(fā)電則處于初步探索階段。盡管東南亞某些國(guó)家的政府部門(mén)已明確表明支持海上漂浮式光伏發(fā)電,并制定了相關(guān)規(guī)劃,但其他國(guó)家或地區(qū)對(duì)于海上漂浮式光伏發(fā)電的規(guī)劃情況尚屬不明。
新加坡Sunseap公司在柔佛海峽建設(shè)的海上漂浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目已于2021年竣工,其為全球規(guī)模最大的海上漂浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目采用的浮動(dòng)模塊超過(guò)3萬(wàn)個(gè),支撐著13312塊光伏組件和40臺(tái)逆變器。預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的年發(fā)電量約為602萬(wàn)kWh,相當(dāng)于1380個(gè)4居室住宅1年的用電量,每年可減少4258 t的碳排放量[1]。
奧地利-馬爾代夫合資公司Swimsol開(kāi)發(fā)了一套海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng),該光伏發(fā)電系統(tǒng)包括12個(gè)SolarSea漂浮平臺(tái),每個(gè)平臺(tái)配備裝機(jī)容量為25 kW的海洋級(jí)光伏組件。該光伏發(fā)電系統(tǒng)已在馬爾代夫近海完成了測(cè)試,證明其可適應(yīng)存在海洋流、潮汐、極端紫外線、高濕度和高腐蝕性的海洋環(huán)境。盡管該光伏發(fā)電系統(tǒng)的抗波能力有限,但其發(fā)電成本可低至0.12美元/kWh,使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年。
挪威Moss Maritime公司采用了一種名為“Floating Solar Park”的漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)。該光伏發(fā)電系統(tǒng)是基于特定位置和天氣設(shè)計(jì)的,采用單個(gè)模塊尺寸約為10 m×10 m的標(biāo)準(zhǔn)化方形模塊。模塊上配置浮動(dòng)平臺(tái),該浮動(dòng)平臺(tái)由底部的多個(gè)浮橋和頂部的平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成,用于放置光伏組件。該光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)柔性連接件將方形模塊連接,使其可沿著波浪移動(dòng),且能長(zhǎng)時(shí)間承受高達(dá)3~4 m的波浪沖擊。由于模塊化和簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì),該光伏發(fā)電系統(tǒng)可在內(nèi)陸水域和海上大規(guī)模應(yīng)用,且其將在挪威的弗洛亞島進(jìn)行測(cè)試。
荷蘭SolarDuck公司設(shè)計(jì)了一種三角形的浮體單元,浮體單元上可安裝光伏組件,各個(gè)浮體單元可靈活連接在一起形成大型光伏發(fā)電系統(tǒng)。此種光伏發(fā)電系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性,可承受高達(dá)30 m/s的風(fēng)速。浮體單元采用海洋級(jí)鋁制框架,使用壽命超過(guò)30年。光伏組件可以在浮體單元傾斜時(shí)實(shí)現(xiàn)自清洗,維護(hù)成本較低[2]。
1.2" 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來(lái),中國(guó)政府高度重視海洋能源的發(fā)展,并明確表示了其在新型能源體系中的重要性。相關(guān)機(jī)構(gòu)正積極著手優(yōu)化海洋能源產(chǎn)業(yè)架構(gòu),旨在推動(dòng)新型能源的深度融合,成為催生經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎,從而為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長(zhǎng)足發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。自然資源部辦公廳于2023年發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)海域立體設(shè)權(quán)工作的通知(征求意見(jiàn)稿)》,明確指出可實(shí)施海域立體分層設(shè)權(quán),鼓勵(lì)各項(xiàng)用海活動(dòng),比如:海上光伏發(fā)電、海上風(fēng)電等。在此背景下,諸如山東、河北、浙江等沿海省份紛紛出臺(tái)了支持海上光伏發(fā)電發(fā)展的政策,包括立體確權(quán)、規(guī)模發(fā)展和補(bǔ)貼方案等[3]。
近年來(lái),光伏發(fā)電技術(shù)在湖泊、池塘等場(chǎng)景的應(yīng)用日益獲得業(yè)界認(rèn)可,這為海上漂浮式光伏發(fā)電的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟和完善,適用于海洋環(huán)境的光伏發(fā)電技術(shù)也在不斷突破,已具備了海上漂浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目規(guī)模化發(fā)展的初步條件。一些企業(yè)已開(kāi)始有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā),推出了專門(mén)針對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目的光伏組件。例如:阿特斯陽(yáng)光電力集團(tuán)股份有限公司已完成了海上固定樁基式光伏發(fā)電用光伏組件的開(kāi)發(fā),并進(jìn)入海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件的研發(fā)階段,且其參與了中集來(lái)福士首個(gè)半潛式海上漂浮式光伏發(fā)電平臺(tái)實(shí)證項(xiàng)目。天合光能股份有限公司、晶澳太陽(yáng)能科技股份有限公司和華晟新能源科技股份有限公司也推出了專門(mén)適配海上漂浮式光伏電站的光伏組件,以滿足特殊應(yīng)用場(chǎng)景的需求。隨著對(duì)近海淺水水域資源的開(kāi)發(fā),越來(lái)越多的沿海城市加大了對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電項(xiàng)目的支持力度。然而,目前中國(guó)已建成的海上漂浮式光伏電站的規(guī)模通常較小,且多為灘涂光伏電站,尚未出現(xiàn)單體規(guī)模較大的海上漂浮式光伏電站。
相較于陸上光伏電站,海上漂浮式光伏電站不受遮擋物的影響,接收的光照時(shí)間更長(zhǎng),光照利用效率更高;此外,海水能對(duì)光伏組件進(jìn)行降溫,可提高光伏組件發(fā)電效率。這些因素均有助于海上漂浮式光伏電站的發(fā)電量提升。因此,中國(guó)在海上漂浮式光伏發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展前景十分廣闊,具有巨大的市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
2" 海洋環(huán)境對(duì)光伏組件性能的影響
應(yīng)用于海上漂浮式光伏電站的光伏組件,其性能受多種因素的影響,比如:鹽霧和海水的侵蝕、高紫外線輻射、高濕度等。下文進(jìn)行逐一分析。
2.1" 鹽霧和海水的侵蝕
海洋環(huán)境對(duì)光伏組件性能的影響是海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中需重要考慮的因素。其中,鹽霧和海水的侵蝕是重要影響因素。鹽霧是指海洋中水汽與氣溶膠形成的氣態(tài)懸浮顆粒物,通常包含鹽分、氯化物和其他微粒;海水中包括鹽分、氯化物和其他化學(xué)物質(zhì)。鹽霧和海水與光伏組件表面及內(nèi)部材料接觸時(shí),不僅會(huì)腐蝕材料[4-6],還會(huì)引起氧化反應(yīng),這會(huì)對(duì)光伏組件的機(jī)械性能和使用壽命產(chǎn)生影響。
為了有效抵御鹽霧和海水對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)用光伏組件的侵蝕,采用耐腐蝕材料(比如:不銹鋼、鋁合金等)和防水材料(比如:聚氟乙烯)[7]至關(guān)重要。此外,通過(guò)對(duì)光伏組件表面進(jìn)行防腐涂層噴涂和覆蓋防水膜的防護(hù)措施[8-9],可以進(jìn)一步降低侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。采用緊密結(jié)構(gòu)和具有良好密封性的設(shè)計(jì)[10],不僅可減少鹽霧和海水侵入光伏組件,還可確保光伏組件的整體安全性和穩(wěn)定性。對(duì)光伏組件進(jìn)行定期維護(hù)是保持光伏發(fā)電系統(tǒng)良好運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵,包括定期清潔光伏組件表面的污垢和沉積的鹽分。上述措施共同構(gòu)成了一種全面的光伏組件防護(hù)策略,旨在提高海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)惡劣海洋環(huán)境的適應(yīng)能力和耐受性[11-12]。
除了上述的防護(hù)措施外,還需要進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和材料的研發(fā),以提高光伏組件的抗鹽霧和海水侵蝕能力。同時(shí),需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和管理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理光伏組件存在的問(wèn)題,保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
綜上可知,雖然鹽霧和海水的侵蝕對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響不可忽視,但通過(guò)采取合適的解決方案和技術(shù)手段,可以有效減輕其帶來(lái)的負(fù)面影響,提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和可靠性,促進(jìn)海上漂浮式光伏發(fā)電技術(shù)的健康發(fā)展。
2.2" 高紫外線輻射
相較于陸地上的紫外線輻射,海上的紫外線輻射通常更為強(qiáng)烈。因此,高紫外線輻射是海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)。高紫外線輻射不僅會(huì)影響光伏組件的性能和使用壽命,還可能導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量下降,甚至影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[13-15]。
高紫外線輻射會(huì)導(dǎo)致光伏組件中的有機(jī)材料和聚合物發(fā)生分子鏈斷裂和化學(xué)鍵斷裂,進(jìn)而使材料出現(xiàn)變硬、變脆和變色的情況,加速光伏組件材料的老化進(jìn)程,比如會(huì)出現(xiàn)硅膠、膠膜、接線盒老化,背板變色和連接線因老化而斷裂等情況,從而降低光伏組件的性能和使用壽命。而海洋環(huán)境中更強(qiáng)烈的紫外線輻射,使材料老化的速度更快[14-15]。
同時(shí),高紫外線輻射還會(huì)對(duì)太陽(yáng)電池造成損傷,其會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)電池中的硅和電子摻雜層產(chǎn)生晶格缺陷、電子遷移率下降等現(xiàn)象,從而降低太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率,進(jìn)而影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。
為了應(yīng)對(duì)高紫外線輻射對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)用光伏組件的影響,可以采取以下解決方案:1)選擇具有良好耐紫外線性能的光伏組件材料,是防紫外線輻射影響的關(guān)鍵[16];2)在光伏組件表面涂覆防護(hù)涂層是一種常用的防紫外線輻射影響的方法。這種涂層可以形成一層保護(hù)膜,阻擋紫外線的輻射,同時(shí)提高光伏組件的表面硬度和耐用性;3)建立紫外線報(bào)警系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)所處區(qū)域的紫外線輻射強(qiáng)度和變化趨勢(shì),一旦紫外線輻射強(qiáng)度超出安全范圍,及時(shí)發(fā)出預(yù)警并采取相應(yīng)措施,以減少光伏發(fā)電系統(tǒng)受損風(fēng)險(xiǎn)。
由于紫外線輻射會(huì)導(dǎo)致光伏組件表面溫度升高,加劇材料老化和性能衰退。因此,在抗高紫外線輻射的同時(shí),對(duì)光伏組件設(shè)計(jì)合理的散熱系統(tǒng)和采用溫度控制措施,也有助于降低紫外線輻射造成的溫度升高,延長(zhǎng)光伏組件的使用壽命。
另外,制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,推動(dòng)光伏組件制造商和相關(guān)行業(yè)在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防護(hù)措施等方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和提升,共同提高海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的抗紫外線能力和穩(wěn)定性。加強(qiáng)紫外線輻射對(duì)光伏組件影響機(jī)理的研究,深入探討紫外線輻射與光伏組件材料的相互作用規(guī)律和影響機(jī)制,可為制定更為有效的防護(hù)策略提供科學(xué)依據(jù)[17-19]。
綜上可知,雖然高紫外線輻射對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響不可忽視,但通過(guò)選擇合適的材料、涂覆防護(hù)涂層、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和定期維護(hù)等措施,可以有效降低不利影響,保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和使用壽命。未來(lái),還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)紫外線輻射的研究,開(kāi)發(fā)更加高效和耐久的防護(hù)材料和技術(shù),為海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供更可靠的解決方案。
2.3" 高濕度
高濕度會(huì)使海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)用光伏組件面臨多種挑戰(zhàn)。首先,高濕度會(huì)加速光伏組件的腐蝕,特別是加速金屬部件和電纜連接處的腐蝕,降低光伏組件的安全性和穩(wěn)定性。其次,潮濕空氣的滲透會(huì)導(dǎo)致光伏組件的電氣絕緣性能下降,增加短路風(fēng)險(xiǎn)[20-21]。此外,高濕度環(huán)境下的水汽凝結(jié)可能影響光伏組件的光吸收能力,從而降低其光電轉(zhuǎn)換效率。再者,濕度的波動(dòng)可能引起光伏組件材料的物理膨脹和收縮,導(dǎo)致微裂紋的形成,進(jìn)一步影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和使用壽命[22-23]。除此之外,高濕度還會(huì)促進(jìn)霉菌和其他微生物的生長(zhǎng),這些微生物的存在可能降低光伏組件的散熱效率,進(jìn)而影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能[24]。因此,對(duì)于海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù),需要特別考慮如何實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件的有效防護(hù)和使其適應(yīng)高濕度環(huán)境,以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和高電量產(chǎn)出。
雖然高濕度環(huán)境會(huì)對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)造成多種問(wèn)題,但通過(guò)采取以下措施,可以有效地緩解這些問(wèn)題。
首先,在光伏組件材料選擇方面,必須優(yōu)先考慮具有高耐腐蝕性和防水性能的材料,比如:使用優(yōu)質(zhì)不銹鋼、鋁合金或經(jīng)過(guò)特殊處理的復(fù)合材料作為光伏組件框架和支撐結(jié)構(gòu)材料,并采用雙?;蚋咝Х浪莱钡谋嘲宀牧稀⒛蜐駸岬姆庋b材料,以確保光伏組件對(duì)濕度的敏感度降到最低。
其次,在光伏組件安裝和布局方面,需保證足夠的通風(fēng)。這包括光伏組件采用利于雨水和凝結(jié)水排出的安裝傾角,以及在光伏發(fā)電系統(tǒng)中安裝通風(fēng)設(shè)備,幫助調(diào)節(jié)光伏組件內(nèi)部濕度,防止水汽凝結(jié)[25-26]。
再者,對(duì)光伏組件實(shí)施定期的檢查和維護(hù)是保障其在高濕度環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。這包括檢查光伏組件防水密封的完整性,清理光伏組件上的積水和污垢,以及檢測(cè)和修復(fù)可能因濕度變化引起的光伏組件結(jié)構(gòu)問(wèn)題。
最后,利用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù),比如:安裝濕度傳感器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),可以實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏組件的運(yùn)行環(huán)境和性能狀態(tài)。這不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決由高濕度引起的問(wèn)題,還能優(yōu)化光伏組件的運(yùn)行策略,提高光伏發(fā)電系統(tǒng)整體發(fā)電效率和產(chǎn)電量。
海上漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)高濕度環(huán)境不僅需要在光伏組件材料和布局方面下功夫,還需要在日常運(yùn)維管理中持續(xù)關(guān)注和應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,以確保光伏組件能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的海洋環(huán)境。
3" 未來(lái)展望與研究方向
在全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下,海上漂浮式光伏電站作為一種新興的太陽(yáng)能利用方式,其所使用的光伏組件正逐漸展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展前景[27-32]。未來(lái),此類光伏組件的應(yīng)用需特別關(guān)注以下幾方面:技術(shù)突破、成本降低、與其他海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)合、環(huán)境影響評(píng)估、政策支持等。
在技術(shù)突破方面,進(jìn)一步提高海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。這需要研究人員不斷優(yōu)化系泊系統(tǒng),使其能夠更好地抵抗海浪、海風(fēng)和海流的沖擊,確保光伏組件在海上環(huán)境中安全穩(wěn)定地運(yùn)行。同時(shí),還需要提高光伏組件自身的抗風(fēng)能力和抗拍擊能力,以應(yīng)對(duì)海上惡劣天氣條件。此外,研發(fā)新型材料和結(jié)構(gòu),以增強(qiáng)光伏組件的耐久性和適應(yīng)性,這也是未來(lái)技術(shù)研究的重要方向。
成本降低是推動(dòng)海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)前,海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件的制造成本相對(duì)較高,這限制了其大規(guī)模推廣。為了降低成本,需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新提高此類光伏組件的生產(chǎn)效率,降低原材料成本,同時(shí)通過(guò)規(guī)?;a(chǎn)實(shí)現(xiàn)成本分?jǐn)偂4送?,?yōu)化運(yùn)維管理方式,降低光伏電站運(yùn)維成本也是重要的研究方向。
與其他海洋產(chǎn)業(yè)的結(jié)合也是未來(lái)海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。海上漂浮式光伏發(fā)電可與海上風(fēng)電相結(jié)合,形成風(fēng)光互補(bǔ)的能源系統(tǒng),提高能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí),海上漂浮式光伏發(fā)電與海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)空間的多重利用,提高海洋資源的利用效率。這種綜合性發(fā)展模式將為海洋經(jīng)濟(jì)帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn),促進(jìn)海洋產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。這也意味著海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用方式將增多。
環(huán)境影響評(píng)估是海上漂浮式光伏發(fā)電發(fā)展過(guò)程中不可忽視的環(huán)節(jié)。海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件的應(yīng)用可能會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響[33],因此,需要進(jìn)行全面的環(huán)境影響評(píng)估。研究人員需要深入了解光伏組件對(duì)海洋生物、水質(zhì)、海洋生態(tài)系統(tǒng)功能等的影響,制定相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施,確保海洋生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí),還需要加強(qiáng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理的力度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問(wèn)題[34]。
政策支持對(duì)于海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件的發(fā)展至關(guān)重要。政府需要制定相關(guān)政策,加大對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件研發(fā)和應(yīng)用的支持力度,為企業(yè)提供研發(fā)資金,并在稅收等方面提供優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)企業(yè)積極投入研發(fā)和生產(chǎn)。同時(shí),政府還需要加強(qiáng)對(duì)海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件應(yīng)用的規(guī)劃和管理,制定合理的發(fā)展目標(biāo)和戰(zhàn)略,引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。此外,加強(qiáng)國(guó)際合作,促進(jìn)技術(shù)交流和經(jīng)驗(yàn)分享,也是推動(dòng)海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件發(fā)展的重要途徑。
總之,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷推廣,海上漂浮式光伏發(fā)電用光伏組件將為太陽(yáng)能的利用和全球能源轉(zhuǎn)型做出更大的貢獻(xiàn)。有理由相信,在未來(lái)的能源格局中,海上漂浮式光伏發(fā)電將占據(jù)一席之地,成為推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展的重要力量。
4" 結(jié)論
本文闡述了海上漂浮式光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀,并分析了影響海上漂浮式光伏發(fā)電中光伏組件性能的因素,對(duì)未來(lái)海上漂浮式光伏發(fā)電的發(fā)展前景和研究方向進(jìn)行了預(yù)測(cè)。分析結(jié)果顯示:鹽霧和海水的侵蝕、高紫外線輻射、高濕度等均會(huì)導(dǎo)致光伏組件出現(xiàn)腐蝕、老化和性能降低的情況。針對(duì)這些問(wèn)題,需要在光伏組件材料選擇、光伏組件檢查和維護(hù)、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)方面加以關(guān)注。未來(lái),海洋漂浮式光伏發(fā)電技術(shù)將面臨新材料開(kāi)發(fā)、技術(shù)革新和環(huán)保型解決方案等方面的研究需求。 呼吁政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加強(qiáng)合作,共同應(yīng)對(duì)海洋漂浮式光伏發(fā)電領(lǐng)域的挑戰(zhàn),推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)共同努力,必將實(shí)現(xiàn)海洋漂浮式光伏發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展,為可再生能源的應(yīng)用提供更加穩(wěn)定和可靠的解決方案,為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 新能源網(wǎng).全球最大規(guī)模海上浮動(dòng)式光伏項(xiàng)目在新加坡柔佛海峽竣工[EB/OL].(2021-05-26). http://newenergy.giec.cas.cn/tyn/xydt/202201/t20220127_680529.html.
[2] WANG J. Review of recent offshore photovoltaics development [J]. Energies,2022,15(20): 7462.
[3] 曹恩惠,趙嘉璐.百吉瓦海上光伏盛宴:蛋糕美味,還在烘焙[N]. 21財(cái)經(jīng),2023-07-27(11).
[4] 佚名.中利騰暉:通過(guò)美國(guó)UL實(shí)驗(yàn)室1級(jí)抗鹽霧腐蝕測(cè)試[J]. 表面工程資訊,2013,13(3):19.
[5] 張彥,馬梓焱,袁成清,等. 環(huán)境因素對(duì)光伏組件表面的損傷及其防護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]. 腐蝕與防護(hù),2020,41(6): 7-13.
[6] 彭煌,王俊,陳心欣,等.漂浮式光伏關(guān)鍵部件耐候性研究綜述[J].環(huán)境技術(shù),2024,42(1):47-53.
[7] 馬月,呂永剛,溫友超,等. 海上光伏電站基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的綜述[J]. 科技與創(chuàng)新,2023(20):92-95.
[8] 程歡. 石墨烯負(fù)載納米TiO2的光電轉(zhuǎn)換及在水性防腐涂料中的應(yīng)用研究[D]. 北京:北京化工大學(xué),2018.
[9] 吳國(guó)祥,陶虹強(qiáng),王志偉,等. 太陽(yáng)能光伏組件用鍍膜玻璃耐久性能試驗(yàn)方法的探討[J]. 玻璃,2015,42(4):9-14.
[10] 張景飛,易玲,郭攀,等. 海上漂浮式光伏陣列單浮體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù),2023,45(19):104-110.
[11] 陶蕾,王英林,付佳宇.等.基于滑窗DFT的海上光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器電流控制方法[J]. 機(jī)電工程技術(shù),2023,52(10):224-226.
[12] 高雄杰,周成龍,張偉,等. 海上光伏施工一體化智能裝備研究[J]. 西北水電,2023(5):113-117.
[13] JIN Z M,RUI Y C,LI B,et al. 2D Ag-ZIF interlayer induces less carrier recombination for efficient and UV stable perovskite photovoltaics [J]. Applied surface science,2024,642:158549.
[14] BU X Y,ZHANG H L,TAO F R,et al. A transparent superhydrophobic film with excellent self-cleaning and UV resistance for photovoltaic panels[J]. Progress in organic coatings,2023,183:107790.
[15] BIRINCHI B,SUPRIYA R,ARUP D,et al. Effect of UV irradiation on PV modules and their simulation in newly designed site-specific accelerated ageing tests [J]. Solar energy,2023,253:309-320.
[16] RABHA J,DAS M,SARKAR D. Layer dependent pyro-phototronic effect in Al/ nanostructured porous silicon multi-layer (PS-ML) UV sensing Schottky photovoltaic device [J]. Materials letters,2023,347:134602.
[17] ZHANG N J,LIN Z G,WANG Z,et al. Under-seawater immersion β?Ga2O3 solar-blind ultraviolet imaging photodetector with high photo-to-dark current ratio and fast response[J]. ACS nano,2024,18(1):652-661.
[18] ROBERT H,CHIARA B,ANTON M,et al. UV lamp spectral effects on the aging behavior of encapsulants for photovoltaic modules[J]. Solar energy materials and solar cells,2024,266:112674.
[19] MINSOO K,JUNKYEONG J,GYEONGHO H,et al. Work function tuning of directly grown graphene via ultraviolet-ozone treatment for electrode application in organic photovoltaic devices[J]. Surfaces and interfaces,2023,41:103228.
[20] GUOX L,GAOY J,WEI Q,et al. Suppressed phase segregation in high-humidity-processed dion-Jacobson perovskite solar cells toward high efficiency and stability[J]. Solar rrl,2021,5(11):2100555.
[21] 董天鵬,王將. 生產(chǎn)環(huán)境因素對(duì)光伏玻璃透過(guò)率的影響及控制[J]. 玻璃,2022,49(9): 27-29,34.
[22] YUE Y C,YANG R S,ZHANG W C,et al. Cesium cyclopropane acid-aided crystal growth enables efficient inorganic perovskite solar cells with a high moisture tolerance[J]. Angewandte chemie,2024,63(1):202315717.
[23] JEON M,GINTING R T,KANG J. Impact of short-time annealing of methylammonium lead iodide on the performance of perovskite solar cells prepared under a high humidity condition[J]. Molecular crystals and liquid crystals,2018,660(1):79-84.
[24] GAO J W,GUO F J,LI X,et al. Risk assessment of offshore photovoltaic projects under probabilistic linguistic environment[J]. Renewable energy,2021,163:172-187.
[25] 王峻峰. 海上光伏開(kāi)發(fā):“十字路口”的選擇[N]. 江蘇經(jīng)濟(jì)報(bào),2023-11-21(1).
[26] ZHOU J,SU X Y,QIAN H. Risk assessment on offshore photovoltaic power generation projects in China using D numbers and ANP[J]. IEEE access. 2020,8:144704-144717.
[27] 佚名.海上“風(fēng)光”資源受市場(chǎng)追捧,風(fēng)電光伏“入?!泵媾R多重挑戰(zhàn)[J]. 新能源科技,2022(12):34-36.
[28] WANG J ,LUND P D. Review of recent offshore photovoltaics development[J]. Energies,2022,15(20):7462.
[29] TANG R,LIN Q,ZHOU J,et al. Suppression strategy of short-term and long-term environmental disturbances for maritime photovoltaic system[J]. Applied energy,2020,259:114183.
[30] 岳云峰,彭欣然,王洪慶,等.海上漂浮光伏發(fā)電技術(shù)及其融合發(fā)展展望[J]. 南方能源建設(shè),2024,11(2):42-50.
[31] 姚金楠,董梓童. 海上光伏商業(yè)化漸行漸近[N]. 中國(guó)能源報(bào),2023-4-3(10).
[32] 董梓童. 海上光伏設(shè)備升級(jí)要入鄉(xiāng)隨俗[N]. 中國(guó)能源報(bào),2023-7-31(11).
[33] 姚美嬌,楊梓.海上光伏何去何從[N]. 中國(guó)能源報(bào),2024-1-22(1).
[34] 耿寶磊,唐旭,金瑞佳.海上浮式光伏結(jié)構(gòu)及其水動(dòng)力問(wèn)題研究展望[J].海洋工程,2024,42(3):190-208.
Analysis of Factors Affecting Performance of
PV Modules in Offshore Floating PV Power
stations and Solutions
Lan Zhi1,Liang Fengzhi2
(1. China Energy Engineering Investment Corporation Limited Northwest Branch,Xi'an 710000,China;
2. CSI Solar Co.,Ltd.,Suzhou 215000,China)
Abstract:This paper elaborates on the current application status of offshore floating PV power generation,analyzes the factors that affect the performance of PV modules in offshore floating PV power generation,and finally predicts the development prospects and research directions of offshore floating PV power generation in the future. The analysis results show that salt spray and seawater erosion,high ultraviolet radiation,high humidity,etc. can all lead to corrosion,aging,and performance degradation of PV modules. To address these issues,attention needs to be paid to the selection of PV module materials,inspection and maintenance of PV modules,and advanced monitoring and control technologies. In the future,offshore floating PV power generation technology will face research needs in new material development,technological innovation,and environmentally friendly solutions. In short,facing the challenges in the field of offshore floating PV power generation requires cooperation and innovation among governments,enterprises,and research institutions to promote its sustainable development.
Keywords:offshore floating PV power stations;PV modules;marine environment;salt spray corrosion;ultraviolet radiation;high humidity;material selection