一般认为霓虹国爱知县的20kW项目是第一个水上光伏电站。 光伏的设计方乃是大名鼎鼎的National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST,日本产业技术综合研究所)。而目的正是为了比较水体降温对光伏系统的影响。浮体使用的是聚苯乙烯的夹板。这个电站启用了定时给组件浇水来降温和除尘除鸟粪的技术。
(五花八门的水上光伏系统。此图和本文的一些材料来源于Trapani, Progress in Photovoltaics, 2015)
一般认为第一个商用水上光伏系统是2008年美国Far Niente葡萄酒庄的175 kW系统。非常搞笑的是,之所以这个系统不建在陆地上而是在水潭上面,是因为舍不得用陆地光伏系统占据极具价值的种葡萄的土地,尽管水上光伏系统在当时造价非常高昂。兔子禁不住大笑——不用靠“路条“来约束,不用靠“建设用地”来限制,这才是真正的由市场经济来避免“侵占耕地”!Far Niente庄园用的浮体方案为Thompson Technology Industries (TTi) 的Floatovoltaic的浮筒技术,演化到现在已经是一种非常流行的技术方案了。组件的倾角也是发电最优化的倾角。
2009年意大利Bubano的500 kW水上光伏电站则是第一个并网享受上网电价补贴的系统。浮体方案是空心的聚乙烯浮箱,演化到现在则是另一种主流的技术方案。浮箱与浮箱之间用金属插销连接,使得整体具有一定的“弹性”,可以适应水位变化的时候的凹型水面。
2011年意大利Petra Winery(是的,又是一个葡萄园)的200 kW系统使用了SCINTEC追光系统,这在当时又是一个创举。浮体采用的是浮筒方案,使得最佳倾角和追光得以实现。SCINTEC显然是一个有情怀的公司,在另一个系统中居然还引入了聚光方案。他们还开发了只有PVC没有金属支架的系统。下文还要提到更多。
(SCINTEC的聚光水上光伏系统)
到2013年的时候,水上光伏电站单体已经达到12 MW的量级了,在法国的Piolenc。设计方案是Ciel et Terre提供的。他们家的HYDRELIO技术,今天已经几乎成为光伏标准浮箱技术的代名词了。
(Ciel et Terre的HYDRELIO浮箱)
论技术创新的情怀,就不得不再次提到SCINTEC,他们在2010年还搞出来一个“浮潜“系统,专门针对开放水域的离岸系统。把组件沉下去那么一点点就可以不怕浪打了,还可以顺便给组件去去火,一举多得。
(SCINTEC的半潜系统)
3. 主流技术比较
各路技术各显神通,十年大浪淘沙,淘出来的技术大致有三类:
(1)架高式光伏系统。不用说了,打桩就是这么简单、粗暴、可靠。只要水深不超过5米就好使。施工造价最便宜。至于运维吗,主要靠船。没法牢固打桩的地方也不实用,自然不用说了。
(打桩的水上光伏电站)
(2)浮管式漂浮系统。价格便宜仅次于架高式光伏系统,适用于深水区,受力合理比较结实,而且可以按组件优化倾角布局。缺点是连接点比较多,需要接受波浪的考验,施工麻烦,对材料防腐蚀的要求也比较高。
(3)标准浮箱漂浮系统。优点就在于“标准“二字,高度模块化,质量稳定,施工简单快捷,梆梆梆完事,耳环连接受水面波动影响较小。缺点是造价高昂,几乎是水上光伏系统里面最贵的,而且不能将组件放在最佳倾角上。
(4)浮箱+支架漂浮系统。可看做(2)和(3)的折中方案,取长补短。浮箱一直以来也算是研究的热点。河北能源工程设计有限公司开发的高强复合混凝土浮箱(HSCC-FB),采用高强钢筋混凝土和复合漂浮材料组合而成,兼具高强度耐久轻质的特点,是这个领域的亮点创新。