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漂浮式太陽能應(yīng)用的項目規(guī)模和地理覆蓋范圍方面都在繼續(xù)增長，但對組件以外的系統(tǒng)零部件（如浮體、夾具、電纜和其他電氣設(shè)備）的平衡需求仍存在一些不確定性。TüV Rheland的J?rg Althaus詳細(xì)介紹了FPV(漂浮式太陽能)項目中可能影響采購決策的因素。

(資料圖)

浮式光伏(FPV)，有時也稱為浮式太陽能系統(tǒng)，是漂浮在水面上(主要是水庫或湖泊，但有時也在海水上)的太陽能電池板。這項技術(shù)為發(fā)展中國家?guī)砹诵碌臋C(jī)遇，尤其是在人口稠密、土地成本高的國家。

在過去5年多的時間里，這項技術(shù)的市場快速增長。其中大多數(shù)項目都建設(shè)在亞洲地區(qū)，但近年來，許多系統(tǒng)也開始在歐洲各地部署。一些國家也開始為FPV項目或產(chǎn)品開發(fā)提供特別資金，例如德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（Federal Network Agency）在2021年10月宣布的支持計劃。

與任何新技術(shù)一樣，F(xiàn)PV系統(tǒng)的可靠性和建筑合規(guī)方面也存在一些不確定性，這可能會影響某些項目的可融資性。由于FPV的整體標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，與地面安裝的光伏系統(tǒng)相比，“現(xiàn)場”經(jīng)驗有限，因此有必要研究潛在的額外技術(shù)風(fēng)險，并采取相應(yīng)的措施。

在選擇BOS組件時需要仔細(xì)考慮系統(tǒng)可能遇到的條件。

與地面安裝系統(tǒng)相比，影響FPV可靠性的各種環(huán)境因素在一定程度上屬于附加應(yīng)力。其中風(fēng)力和波浪引起的應(yīng)力是這里主要關(guān)注的問題，但也需要考慮陽光從水面的反射。一方面，它增加了FPV系統(tǒng)的能量產(chǎn)量，但另一方面，它也增加了與紫外線相關(guān)的降解機(jī)制的風(fēng)險。

在確定浮體尺寸時，可能需要考慮進(jìn)一步的冰雪荷載。有報道稱，如果承重尺寸不足，當(dāng)系統(tǒng)存在冰雪載荷時，組件下沉接觸到了水線，而組件或其他系統(tǒng)部件卻不是針對這種情況設(shè)計的，則將發(fā)生不可預(yù)料的風(fēng)險。

最后，植被和動物群也不容忽視。海鳥發(fā)現(xiàn)FPV是一個可休息的好地方，離開時可能會留下大量污垢，而藤壺和蕨類植物可以在FPV系統(tǒng)上找到新家。

部件選擇

FPV的系統(tǒng)部件與傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)有所不同，甚至還需要增加額外的部件。目前有兩種主要的系統(tǒng)設(shè)計類型：即高密度聚乙烯（HDPE）浮體系統(tǒng)和由增強(qiáng)水彈性膜制成的浮體系統(tǒng)。根據(jù)具體的項目條件和設(shè)計，這兩種浮體類型有著各自不同的優(yōu)勢。然而，考慮到應(yīng)對和保護(hù)周圍環(huán)境的挑戰(zhàn)，正確的尺寸和設(shè)計至關(guān)重要。在缺乏浮體國際標(biāo)準(zhǔn)的情況下，TüV Rheland制定了一份測試規(guī)范，以解決浮體需要承受的各種壓力。

TüV萊茵公司的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)-《2 PfG 2731/02.20浮體材料和結(jié)構(gòu)要求》提供了一系列測試方法，以評估各種設(shè)計。其中包括一些機(jī)械試驗，旨在研究熱負(fù)荷下浮體的承載能力、抗拉強(qiáng)度和伸長率。

進(jìn)一步的環(huán)境測試，如隔紫外線、隔溫、隔水和浮力測試也將構(gòu)成評估的一部分。最后，將演示系統(tǒng)帶到波浪實驗室，以評估系統(tǒng)在刮風(fēng)和波浪環(huán)境下的反應(yīng)。第一批浮體已經(jīng)通過了延長的測試程序，而更多浮體目前還在測試中。

在浮體的頂部，主要系統(tǒng)組件是固定的—主要是光伏組件本身。在這里，為系統(tǒng)選擇合適的組件時需要考慮幾點關(guān)鍵因素。

由于一些部件比安裝在其上面的組件更小，因此需要仔細(xì)檢查安裝情況。在組件長度的2/3位置安裝夾具的典型分布可能不適用于所有設(shè)計。如果組件制造商的安裝說明不適用，則必須在實際安裝情況下測試組件的機(jī)械強(qiáng)度。由于預(yù)計會出現(xiàn)波浪和風(fēng)荷載，建議根據(jù)IEC 6278要求進(jìn)行動態(tài)機(jī)械荷載試驗。

組件長期暴露在濕氣中可能會要求其選擇一些不易受潮的產(chǎn)品。玻璃/玻璃組件設(shè)計可能是一個不錯的選擇，但是一些帶有聚合物背板的組件還包括額外的防潮層，例如多層背板中的鋁板。

如果系統(tǒng)設(shè)計用于海水環(huán)境，則所有關(guān)鍵部件都要通過遵循IEC 61701的鹽霧腐蝕試驗。

鑒于業(yè)界對FPV系統(tǒng)氣密性的一些報告問題以及電氣部件長期暴露于水環(huán)境下的風(fēng)險，TüV萊茵在推出其《2 PfG 2750/09.20：光伏系統(tǒng)耐水性改進(jìn)電纜的安裝要求》方面又向前邁出了一步。雖然光伏安裝系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)直流電纜通常分別符合IEC 62930和EN 50618的要求，但此類電纜不是為長期浸入水中而設(shè)計的，因此在長期潮濕的環(huán)境中可能會出現(xiàn)問題

新標(biāo)準(zhǔn)允許對光伏電纜進(jìn)行鑒定，以提高其耐水性。此處增加的一項主要要求是，電纜內(nèi)的導(dǎo)線必須為符合IEC 60228《用于單芯和多芯電纜和電線的細(xì)絞合銅導(dǎo)線》的5級導(dǎo)線。本標(biāo)準(zhǔn)還包括浸水后電容變化的要求，目前正在為其他漂浮系統(tǒng)組件（如連接器和接線盒）制定類似標(biāo)準(zhǔn)。

如果匯流箱和逆變器也安裝在浮體上，當(dāng)然也需要建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以使其能夠承受與浮式光伏項目相關(guān)的更高濕度和動態(tài)負(fù)載。雖然這些部件通常設(shè)計為固定/非移動部件，但浮動系統(tǒng)上的長期波動可能需要對敏感電子部件進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)。

安全和成本效益高的錨定和系泊概念也越來越受到關(guān)注。強(qiáng)風(fēng)事件或巨浪活動以及長期疲勞和腐蝕是對錨定和系泊系統(tǒng)的真正威脅，因此正確選擇部件和尺寸至關(guān)重要。

水庫的系統(tǒng)要求（水位變化可能超過10米）與內(nèi)陸湖泊的系統(tǒng)要求大不相同，內(nèi)陸湖泊只有較小的波浪作用，水位相當(dāng)穩(wěn)定，海上系統(tǒng)的系泊和錨定面臨著完全不同的挑戰(zhàn)。

在通常情況下，站位保持系統(tǒng)應(yīng)允許一定的偏移，但應(yīng)保持系統(tǒng)靠近錨點。系泊系統(tǒng)并不是什么新鮮事物，多年來一直在石油和天然氣行業(yè)中使用，但統(tǒng)計數(shù)據(jù)確實表明，平均每九年就有一個系泊系統(tǒng)（1980-2001年期間的評估）出現(xiàn)故障，疲勞故障是最大的擔(dān)憂（Noble Denton Phase 1 Mooring Intergrity JIP-Brown，et al.,2005; Noble Denton Europe，2006）。對于一個25年的項目計劃，這意味著對故障檢測儀器的密切監(jiān)控和潛在集成已經(jīng)到位。

除了用于選擇正確部件的標(biāo)準(zhǔn)外，還需要根據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)整操作和維護(hù)實踐。例如，針對影響FPV系統(tǒng)性能的動植物采取的預(yù)防措施，以及此類檢查的周期和內(nèi)容，都與地上系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)做法不同。除了水管線上方的部件外，下面的部件也需要維護(hù)。

目前仍在調(diào)查的一點是FPV系統(tǒng)中使用的一些材料的生物相容性。為了充分利用太陽能的這一額外潛力，業(yè)界必須共同努力，分享從實際安裝中獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)。

作者：Dipl.-Ing. J?rg Althaus是TüV萊茵光伏電站服務(wù)部門經(jīng)理。作為太陽能領(lǐng)域的長期技術(shù)專家，他在行業(yè)協(xié)會中代表TüV萊茵，在技術(shù)論壇上發(fā)言，并為許多國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做出了貢獻(xiàn)。