漁光互補(bǔ)光伏電站的發(fā)展與應(yīng)用

姜欣蔚 馬春雷

摘?要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量也越來越大。隨著光伏技術(shù)的發(fā)展成熟，傳統(tǒng)光伏電站由于需要長期占用土地等原因，發(fā)展比較困難，而“光伏+”的新型設(shè)計(jì)模式逐漸得到人們的認(rèn)可。本文研究了漁光互補(bǔ)光伏電站的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了其在應(yīng)用過程中的一些問題。

關(guān)鍵詞：新能源;漁光互補(bǔ);并網(wǎng)發(fā)電

1 概述

能源是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。由于傳統(tǒng)化石能源無節(jié)制的開采利用已面臨枯竭危機(jī)，在使用化石能源的過程之中，又會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體和有害氣體，造成環(huán)境的惡化和生態(tài)系統(tǒng)失衡等一系列的嚴(yán)重問題。在人類意識(shí)到氣候變化帶來一系列嚴(yán)重后果后，開始尋求緩解和解決氣候變化的辦法。

作為可再生能源的重要組成部分，太陽能因其分布廣泛、資源豐富、取之不盡用之不竭的顯著特點(diǎn)，成為最具開發(fā)潛力的清潔能源。[1]為更好的利用太陽能資源，人們從上個(gè)世紀(jì)就開始了對(duì)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究，時(shí)至今日，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，成本也得到大幅度的降低。[2]因此，世界各國都在大力推廣光伏發(fā)電技術(shù)。傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)的建設(shè)需要長時(shí)間占用大量的土地資源，面對(duì)我國人口密度大、人均土地面積少的基本國情，地面光伏電站的發(fā)展受到了限制。而我國中、東部具有廣闊的水面資源，特別是作為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)最發(fā)達(dá)的江蘇地區(qū)，水產(chǎn)養(yǎng)殖面積位居全國第三位，具有發(fā)展?jié)O光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的潛力。如果將光伏系統(tǒng)與漁業(yè)合理的結(jié)合起來，不僅能夠緩解國家緊張的能源需求，提高土地利用率，增加農(nóng)民收益，還能達(dá)到環(huán)境保護(hù)的效果。

2 漁光互補(bǔ)光伏電站的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

目前市場上光伏系統(tǒng)分為并網(wǎng)系統(tǒng)、離網(wǎng)系統(tǒng)、并離網(wǎng)一體系統(tǒng)三種常見模式。由于離網(wǎng)系統(tǒng)和并離網(wǎng)一體系統(tǒng)都需要配備蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，而蓄電池使用壽命相對(duì)較短，使用費(fèi)用較高，且離網(wǎng)光伏系統(tǒng)沒有國家相應(yīng)的電價(jià)補(bǔ)貼，用戶投資回本周期長，在市場競爭中缺少有力的競爭優(yōu)勢(shì)，因此很難得到大規(guī)模發(fā)展。并網(wǎng)系統(tǒng)是目前光伏系統(tǒng)發(fā)展的主要模式。但在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，傳統(tǒng)地面光伏電站需要長時(shí)間占用大量的土地資源，土地用途過于單一，空間的利用率相對(duì)較低，面對(duì)我國中、東部人口密度大、土地資源匱乏的特點(diǎn)，大型地面光伏電站建設(shè)很難有較大的發(fā)展。2014年9月2日，國家能源局發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》中提到，應(yīng)因地制宜利用灘涂、魚塘、湖泊等建設(shè)就地消納的分布式光伏電站。[3]由此給分布式光伏電站的發(fā)展拓寬了道路，“光伏+”的發(fā)展理念得到了人們的認(rèn)可，在市場上掀起了一場分布式光伏熱。我國中、東部擁有大面積的水面資源，水系發(fā)達(dá)，如果在養(yǎng)殖水面上建設(shè)光伏系統(tǒng)，形成“上可發(fā)電、下可養(yǎng)魚”的創(chuàng)新發(fā)展模式，既能充分利用空間、節(jié)約土地資源，又能利用光伏發(fā)電站調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境，增加農(nóng)民收入。[4]漁光互補(bǔ)光伏技術(shù)在國外已有成熟的應(yīng)用，特別在日本已經(jīng)形成比較成熟的水面光伏產(chǎn)業(yè)鏈條。而我國漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用起步相對(duì)較晚，自2015年才相繼設(shè)計(jì)實(shí)施小型水面光伏電站項(xiàng)目。為了推動(dòng)漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的發(fā)展，2016年國家能源局實(shí)施“光伏領(lǐng)跑者”基地規(guī)劃，將兩淮地區(qū)采煤沉陷區(qū)規(guī)劃建設(shè)3.2GW的水面光伏電站，給漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的規(guī)劃起到引導(dǎo)、示范作用。漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)必將成為光伏系統(tǒng)發(fā)展的新突破口。目前，漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)按照基礎(chǔ)固定模式可分為樁基固定式和水面漂浮式兩種。其中樁基礎(chǔ)固定適合深度比較淺的水域，再在樁基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)固定光伏支架，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，技術(shù)成熟，施工簡單。水面漂浮式適合在較深的水域使用，利用鋼結(jié)構(gòu)將特制的塑料浮箱或浮筒連接在一起，組成一個(gè)漂浮的平臺(tái)，再在平臺(tái)上安裝光伏支架以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，用纜繩固定在岸邊或使用錨沉于水底進(jìn)行固定，該技術(shù)也比較成熟。[5]

在水面上建設(shè)光伏電站，可有效為水面遮擋陽光，減少水汽蒸發(fā)，防止水藻的大面積繁殖，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖效益;同時(shí)，溫度相對(duì)較低、通風(fēng)條件較好的水面環(huán)境，又能有效降低光伏組件的表面溫度，提高發(fā)電效率。但漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)同樣面臨一些問題，尤其在組件方面。由于水面高溫、高濕 甚至高鹽的環(huán)境容易產(chǎn)生大量的水汽和鹽霧，而傳統(tǒng)光伏組件的TPT背板無法長時(shí)間100%的隔絕水汽，使得EVA材料無法100%絕緣。水汽一旦進(jìn)入到組件，EVA將會(huì)發(fā)生水解，其水解產(chǎn)物含有醋酸。醋酸會(huì)腐蝕太陽能電池上的主副柵線、焊帶等，導(dǎo)致組件泄露電流增大，造成組件表面電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)（PID效應(yīng)），使電池組件功率急劇衰減，減少發(fā)電量。[6]而雙玻組件舍棄了傳統(tǒng)光伏組件的鋁合金邊框設(shè)計(jì)，并使用鋼化玻璃替代TPT作為組件背板，可以完全阻隔水汽的進(jìn)入，使導(dǎo)致PID效應(yīng)發(fā)生的電場無法建立，大大降低PID衰減的可能性。同時(shí)沒有鋁合金邊框的雙玻組件，清洗起來更加方便，減少了組件表面積灰對(duì)系統(tǒng)功率的影響，有利于提高發(fā)電量。

3 結(jié)論與展望

漁光互補(bǔ)光伏電站在增加農(nóng)民收益的同時(shí)，又能緩解電網(wǎng)的壓力，減少傳統(tǒng)火電的比重，減少污染物質(zhì)的排放，對(duì)環(huán)境的改善起到很好的促進(jìn)作用。在空曠的魚塘上面建設(shè)光伏電站，在發(fā)電的同時(shí)不影響魚塘的正常收益，充分發(fā)揮土地效益，符合我國未來光伏發(fā)展的趨勢(shì)。

不過，我國漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)近幾年才剛剛興起，許多技術(shù)問題還有待解決。例如：

（1）系統(tǒng)在高溫、高濕、高鹽環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)、塑料浮體壽命較短，需尋找一種方法或材料來延遲支架結(jié)構(gòu)的壽命。

（2）系統(tǒng)在水面環(huán)境的工作效率需進(jìn)一步提升。在今后的工作中，我們將針對(duì)漁光互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的效率和壽命問題深入研究，進(jìn)一步推動(dòng)我國光伏事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒲鵬鵬.小功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D].河南理工大學(xué)，2012.

[2]吳小翠.高溫太陽能吸收器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].南京航空航天大學(xué)，2014.

[3]趙軼潔.探索“漁光互補(bǔ)”發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)——以鄂州20MWp農(nóng)業(yè)光伏科技示范園為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（22）：360-362.

[4]劉漢元.“漁光互補(bǔ)”在江蘇地區(qū)發(fā)展前景及應(yīng)用思考[J].當(dāng)代畜牧，2014（32）：100-101.

[5]趙宇航.爭奪水面資源[J].中國能源，2016（3）：60-63.

[6]龔鐵裕.解決光伏電站組件的抗?jié)撛陔妱?shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)的方法[J].電力與能源，2014（4）：128-130.