以下文章来源于津泽海洋能NewGenORE ,作者王其梁


在当前的能源危机和气候变化问题日益严重的背景下,离岸光伏(offshore Solar PV)作为一种新兴的可再生能源技术,正逐渐受到全球关注。本文将探讨离岸光伏的各种技术类型,评估其在全球不同区域的应用案例,并探讨其面临的主要技术挑战与未来发展方向。

一、离岸光伏的历史起源与发展

离岸光伏的概念并不新鲜,最早可以追溯到20世纪70年代,当时科学家们开始思考如何在海面上利用太阳能(见图1)。随着技术的发展和可再生能源需求的增加,离岸光伏系统开始得到更多的关注。欧洲、亚洲以及北美的一些国家已经在开发和部署这种技术,尤其是在荷兰和日本,离岸光伏技术得到了快速的发展和应用

海上太阳能光伏技术(SEAVOLT

二、离岸光伏技术分类及案例分析

离岸光伏系统根据安装方式大致可以分为两大类:浮动光伏系统(Floating PV)和固定平台光伏系统。

1. 浮动光伏系统

浮动光伏系统[1-3]是在水面上安装光伏板,利用水体的冷却效应来提高光伏板的效率。这种系统尤其适用于水域丰富的地区,如湖泊、水库和慢流动的河流。其显著优势如下:1节省土地资源浮动光伏系统可以充分利用水域,不需要占用大量的陆地资源,尤其适合土地资源紧张的地区;2降低水体蒸发(这个小编真没想到!在水体上覆盖光伏板可以减少水面直接受到太阳辐射,降低水体蒸发速率,特别有助于淡水资源的保护和管理;3降低光伏组件温度水的冷却作用可以降低光伏组件的温度(本台觉得流体力学的小伙伴们有活干了!),提高其电能转换效率;4减少土地开发带来的生态破坏光伏系统建设通常需要大量土地,而浮动光伏系统可以减少对自然生态环境的破坏。
案例分析1:新加坡柔佛海浮动光伏项目(见图2)。新加坡是一个资源有限的国家,土地稀缺,因此在多个水库上部署了浮动光伏系统来发电。这些项目不仅增加了能源产出,还减少了水面蒸发,有助于保护水资源。

全球最大规模海上浮动式光伏项目(新加坡柔佛海)

2. 固定平台光伏系统

固定平台光伏系统通常安装在海上的固定结构上,如桥梁或人工平台,适用于海洋环境更加恶劣的区域。相比于浮动光伏系统,其具有几个方面的优势:1高稳定性光伏组件安装在固定的支架上,不受水流、风力等外部因素的影响,稳定性较高;2安装简便相对于浮动光伏系统,固定平台光伏系统的安装更为简便,不需要考虑水体的浮力和流动等因素,适用于更多的地理环境;3维护成本较低由于光伏组件安装在地面或建筑物上,维护和清洁相对方便,维护成本较低;4成本相对较低相对于一些特殊设计的浮动光伏系统,固定平台光伏系统的建设和运维成本相对较低。
案例分析2:全国首个大规模近海桩基固定式海上光伏项目——中国广核集团(以下简称中广核)烟台招远400兆瓦海上光伏项目(见图3)。该项目位于莱州湾海域,总规划面积约6.44平方公里,由121个光伏子阵组成。项目建成后,在运行期25年内预计年平均发电量为6.9亿千瓦时,年等效减少标煤消耗约20.7万吨,减排二氧化碳约53.2万吨。

 3中国首个大规模近海桩基固定式海上光伏项目(山东莱州湾海域)

三、技术难题与解决策略

离岸光伏系统的主要技术挑战包括:
1.结构稳定性和耐腐蚀性:海洋环境中的盐分和湿度对光伏组件的材料提出了更高的要求。为此,研究人员正在开发新型耐腐蚀材料和结构设计,以提高系统的稳定性和使用寿命。
2.电力传输效率:海上光伏系统产生的电力需要通过长距离的海底电缆传输到陆地,这要求高效的电力传输系统以减少能量损失。
3.环境影响评估:安装海上光伏系统可能会影响当地的水生生态系统,因此在部署前进行全面的环境影响评估至关重要[5]

四、未来发展趋势

随着技术进步和成本的降低,离岸光伏系统有望在全球范围内得到更广泛的应用。研究和开发的重点将包括:提高系统的能效、降低安装和维护成本、以及最小化环境影响。本台认为,集成离岸光伏和其它离岸新能源(如潮流能、波浪能、风能装置等)也是一个很有前景的发展方向。
作者简介:王其梁博士,2019年博士毕业于中国科学技术大学,现于英国诺丁汉大学任欧盟玛丽·居里学者。主要从事太阳能光热转换及调控、光伏光热综合利用和太阳能建筑一体化等领域的研究工作,在Nature WaterThe Innovation Energy等国际知名能源期刊发表论文60余篇,授权国家专利10余项。获国际可持续能源技术协会创新奖、中国科学院院长特别奖、日内瓦国际发明展特别金奖等荣誉;担任Applied EnergyInternational Journal of PhotoenergySCI期刊编委职务。

参考文献:

[1]Vo, T. T. E., Ko, H., Huh, J., & Park, N. (2021). Overview of possibilities of solar floating photovoltaic systems in the offshore industry. Energies, 14(21), 6988.

[2]Spencer, R. S., Macknick, J., Aznar, A., Warren, A., & Reese, M. O. (2018). Floating photovoltaic systems: assessing the technical potential of photovoltaic systems on man-made water bodies in the continental United States. Environmental science & technology, 53(3), 1680-1689.

[3]Ahmed, A., Elsakka, M., Elminshawy, N., Mohamed, A., & Sundaram, S. (2023). Recent Advances in Floating Photovoltaic Systems. The Chemical Record, 23(12), e202300229.

[4]Al-Mohamad, A. (2004). Efficiency improvements of photo-voltaic panels using a Sun-tracking system. Applied Energy, 79(3), 345-354.

[5]Turney, D., & Fthenakis, V. (2011). Environmental impacts from the installation and operation of large-scale solar power plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(6), 3261-3270.

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