漂浮式光伏關(guān)鍵部件耐候性研究綜述

彭煌，王俊，陳心欣，時(shí)宇，王梁彬

（1.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司，工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510663；2.茂名綠色化工研究院，茂名 525099）

引言

根據(jù)相關(guān)部門的預(yù)測，未來20 年全球能源需求的增長預(yù)計(jì)將達(dá)到28 %[1]。這種能源需求的增長在發(fā)展中國家中最為迅速[2]。隨著這些國家人口增長、城市化和工業(yè)化的加快，他們對能源的需求將不斷增加，以滿足人們的生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要[3]。隨著可再生能源技術(shù)的進(jìn)步和可再生能源的推廣，人們對清潔能源的需求也在增加[4]。為了應(yīng)對能源需求的增長和氣候變化挑戰(zhàn)，各國正致力于促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，推動(dòng)可持續(xù)能源的開發(fā)和利用。值得注意的是，建設(shè)大規(guī)模集中式光伏發(fā)電廠需要大量土地資源，每兆瓦的裝機(jī)容量約需要1.6 公頃[5]。隨著光伏發(fā)電廠的裝機(jī)容量繼續(xù)增加，適用于光伏發(fā)電廠的優(yōu)質(zhì)土地資源越發(fā)稀少，迫使開發(fā)商不得不在不利的位置和地形進(jìn)行建廠，導(dǎo)致發(fā)電傳輸損失增加和更多工程投入，從而增加成本支出，降低光伏電站的效益和經(jīng)濟(jì)可行性[6]。

1 研究背景

浮式光伏（Floating Photovoltaic）在21 世紀(jì)之初就已經(jīng)被提了出來，用來應(yīng)對如今這種挑戰(zhàn)。這種光伏電站的建設(shè)能夠利用尚未開發(fā)甚至已開發(fā)的水域資源，避免了與陸地上工業(yè)或者農(nóng)業(yè)用地的沖突。同時(shí)，利用水域環(huán)境方便取水的優(yōu)勢，還有助于低成本地給光伏組件降溫，并且相較于地面，水面上光的反射率更高，一方面光伏組件的溫度降下來了，一方面又增加光伏組件的輻射能吸收，可以幾大地提高光伏板的發(fā)電量[7]。研究表明，不同規(guī)模的漂浮式光伏電站的光伏系統(tǒng)發(fā)電量增長范圍介于為（2~11）%之間。此外，光伏組件覆蓋在水上面還有助于減少水汽的蒸發(fā)、抑制藻類的生長，進(jìn)而防止水體富營養(yǎng)化等生態(tài)效應(yīng)[8]。還有，假如光伏電站是建在水電站的水庫上，還可以與梯級(jí)水電站進(jìn)行調(diào)度的互補(bǔ)，提高整體調(diào)峰效果，減小系統(tǒng)總出力波動(dòng)平均值，提升整個(gè)電站的電能輸送質(zhì)量[9]。

現(xiàn)階段，漂浮式光伏電站的開發(fā)范圍主要還是在內(nèi)陸的水域或者較小的近海海灣，這些都是環(huán)境應(yīng)力負(fù)荷較輕的地方。由于環(huán)保等影響因素的制約，這些水域基本都無法滿足建設(shè)大規(guī)模光伏電站的需求。然而，近海海域的廣闊空間為光伏發(fā)電提供了充足的建設(shè)場所，因此海上浮式光伏成為現(xiàn)階段全世界光伏領(lǐng)域研究的熱門。理論上，我國擁有超過7 億千瓦的海上光伏可開發(fā)容量，具備巨大的開發(fā)潛力。隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣黾?，太陽能光伏發(fā)電作為一種清潔、可持續(xù)的能源選擇備受關(guān)注。如圖1~4 所示，有多種不同類型的漂浮式光伏系統(tǒng)可供選擇[10]。作為一種快速發(fā)展的太陽能利用方式，近海漂浮式光伏具有諸多優(yōu)勢，例如充分利用近?？臻g、減輕土地壓力以及降低光伏關(guān)鍵部件的溫度等。盡管如此，光伏關(guān)鍵部件在近海環(huán)境的特殊條件下仍需應(yīng)對耐候性能的挑戰(zhàn)。

圖1 水上漂浮式光伏結(jié)構(gòu)

圖3 多柱浮體海上光伏發(fā)電平臺(tái)

圖4 平板浮體海上光伏結(jié)構(gòu)

2 研究意義

近海環(huán)境與陸地環(huán)境相比，具有更高的濕度、更強(qiáng)的海風(fēng)、更多的鹽霧等因素。這些環(huán)境條件對光伏關(guān)鍵部件的性能和壽命產(chǎn)生不利影響。首先，水離子和氯離子的腐蝕作用會(huì)導(dǎo)致光伏關(guān)鍵部件表面的金屬和材料受損。其次，高濕度和海風(fēng)會(huì)加速光伏關(guān)鍵部件的老化和組件背面的污染積累，降低發(fā)電效率。此外，近海環(huán)境的溫度變化大、日照時(shí)間長，還會(huì)加劇光伏關(guān)鍵部件的熱應(yīng)力和紫外線輻射侵蝕，影響光伏關(guān)鍵部件的性能和壽命。

因此，為了確保近海漂浮式光伏系統(tǒng)的可靠性和持久性，評(píng)估光伏關(guān)鍵部件的耐候性非常重要。通過對關(guān)鍵部件的耐候性評(píng)估，可以掌握光伏關(guān)鍵部件在近海環(huán)境下的性能變化規(guī)律，為光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)維和維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)；同時(shí)，近海環(huán)境對光伏關(guān)鍵部件造成的腐蝕、老化等問題會(huì)降低光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率和壽命，甚至導(dǎo)致部件故障，通過評(píng)估組件的耐候性能，可以預(yù)測和減少這些潛在的風(fēng)險(xiǎn)，確保光伏系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；其次，通過研究和應(yīng)用提升技術(shù)，可以改善光伏關(guān)鍵部件材料的防腐蝕性能、提高組件的抗?jié)穸群涂棺贤饩€輻射能力，延長其使用壽命，從而提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，降低能源成本；最后，近海漂浮式光伏作為一種利用近?？臻g的新型發(fā)電方式，具有巨大的潛力和優(yōu)勢，通過研究光伏關(guān)鍵部件的耐候性評(píng)估和提升技術(shù)，可以促進(jìn)近海漂浮式光伏的可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)清潔能源的應(yīng)用和環(huán)境保護(hù)。近海漂浮式光伏關(guān)鍵部件耐候性評(píng)估及提升技術(shù)研究具有重要的科學(xué)和工程意義，對推動(dòng)近海光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 研究進(jìn)展

目前，光伏電站大部分是在陸地上進(jìn)行建設(shè)，而在水中進(jìn)行建設(shè)的項(xiàng)目還寥寥無幾。對于這方面的研究內(nèi)容，國內(nèi)外都還較為有限。然而，近期已經(jīng)出現(xiàn)了一些試驗(yàn)性的水上光伏發(fā)電項(xiàng)目，并且一些光伏產(chǎn)業(yè)廠商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了漂浮在水上的浮動(dòng)式太陽能系統(tǒng)的潛力，積極推動(dòng)該技術(shù)的研究和應(yīng)用[11]。

2007 年，美國的SPG 公司最開始在加利福尼亞州的葡萄園進(jìn)行水上漂浮光伏發(fā)電研究[12]。他們在葡萄園的池塘中安裝了漂浮在水面的光伏系統(tǒng)，避免了占用寶貴的土地資源。

圖5 所示為水上浮式光伏系統(tǒng)的其它實(shí)驗(yàn)案例，在2007 年，日本也開始在湖泊進(jìn)行了漂浮式光伏系統(tǒng)的搭建并進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)，他們在水中安裝了兩組光伏陣列，其中一組帶有通過湖水對光伏電池進(jìn)行冷卻的導(dǎo)熱管，試驗(yàn)結(jié)果顯示光伏系統(tǒng)經(jīng)過冷卻后的發(fā)電量有所增加[13]。兩年之后，意大利的Enerdaiet 公司利用仿生技術(shù)，從池塘中的蓮花得到啟發(fā)用于安裝漂浮式光伏陣列，該系統(tǒng)同樣配備了冷卻裝置利用池水來冷卻光伏組件[14]。與美國SPG 公司的光伏系統(tǒng)有所區(qū)別的是，意大利和日本的光伏組件不是水平安裝的，而是有一定的傾角，并且利用了聚光的方式來增加整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量。之后，意大利的比薩大學(xué)和卡塔尼亞大學(xué)分別也進(jìn)行了漂浮式光伏系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，他們的光伏組件與水面平齊，但兩側(cè)配備了平面鏡，用于反射日光，增加照射到光伏組件表面的光照強(qiáng)度[15]。

圖5 水上漂浮太陽能光伏裝置

圖6 展示了維也納技術(shù)大學(xué)研發(fā)的漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的浮體結(jié)構(gòu)采用了柔性圓柱氣囊，其研發(fā)人員利用地中海所采集到的海浪數(shù)據(jù)，同時(shí)嘗試了多種不同的聚光方法進(jìn)行試驗(yàn)，得出了聚光裝置安裝角度的最佳方案[16]。

圖6 維也納技術(shù)大學(xué)漂浮式光伏發(fā)電裝置

圖7 展示了巴侖西亞理工大學(xué)開發(fā)的漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了能夠在灌溉用水池中應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以發(fā)電，還能減少池水的蒸發(fā)，其研究人員對該系統(tǒng)的建設(shè)成本和發(fā)電性能進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)置試驗(yàn)[17]。

圖7 巴侖西亞理工大學(xué)漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖8 展示了勞倫森大學(xué)開發(fā)的漂浮式柔性薄膜光伏陣列，這套系統(tǒng)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，光伏陣列在水面上隨著水流的流動(dòng)而柔性地運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)不僅可以提高結(jié)構(gòu)的性能，而且水流的冷卻效果也得到了提升，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在水中冷卻的情況下，光伏陣列的發(fā)電量提高了5 %，而相比于陸地安裝，整體發(fā)電量僅降低了0.5 %[18]。

圖8 漂浮式柔性薄膜光伏陣列

以上是一些高校及科研院所對于漂浮式光伏的研究進(jìn)展，接下來將進(jìn)一步從漂浮式光伏幾個(gè)研究方向做進(jìn)一步介紹：

首先，在浮體平臺(tái)結(jié)構(gòu)選型與安全分析研究方面，挪威Ocean Sun 公司采用一種由漂浮浮力環(huán)和雙層加筋膜組成的薄膜式光伏浮體，計(jì)劃在菲律賓等國家開展海上測試。德國SINN Power 公司研發(fā)了一種框架式混合海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)，光伏關(guān)鍵部件設(shè)施位于平臺(tái)頂部， 可根據(jù)設(shè)計(jì)波浪條件調(diào)整平臺(tái)的出水高度。荷蘭Solarduck 公司研發(fā)了一種邊長為16 m 的三角形柱穩(wěn)式單體浮體結(jié)構(gòu)。關(guān)于浮體安全性能的研究，目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)較少，從企業(yè)公開的商業(yè)介紹中可知，上述國外近海漂浮式光伏浮體結(jié)構(gòu)還處于探索試驗(yàn)中，目前浮體的性能尚且只適合有掩護(hù)的內(nèi)灣海域。和歐洲國家相比，我國沿海臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等極端災(zāi)害天氣作用十分頻繁，國外目前現(xiàn)有的浮體結(jié)構(gòu)形式能否適合我國復(fù)雜海況尚待證明，照搬照抄國外的結(jié)構(gòu)型式存在技術(shù)移植風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，近海海域波浪與光伏系統(tǒng)浮體結(jié)構(gòu)相互作用會(huì)產(chǎn)生波浪破碎、抨擊上浪等復(fù)雜現(xiàn)象，導(dǎo)致浮體結(jié)構(gòu)所受荷載激增和動(dòng)力響應(yīng)異常，是漂浮式光伏系統(tǒng)浮體結(jié)構(gòu)選型和安全評(píng)估的難點(diǎn)和瓶頸問題。

其次，在漂浮式光伏系統(tǒng)耐候性研究方面，美國斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系針對光伏模塊 EVA 封裝材料耐久性不足的問題，通過實(shí)驗(yàn)室加速老化和現(xiàn)場實(shí)證試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了離聚熱塑性材料應(yīng)用于光伏關(guān)鍵部件的穩(wěn)定性和耐久性，并深入探討了提高離聚物粘附性的潛在解決方案。美國 Atlas 研發(fā)了多種耐候老化測試儀器，包括氙燈老化試驗(yàn)箱、紫外老化試驗(yàn)箱、腐蝕試驗(yàn)箱等，并針對光伏關(guān)鍵部件研制了大型的金屬鹵素?zé)艟C合老化試驗(yàn)箱，提出了“全球組合氣候”的概念，劃分不同氣候的環(huán)境嚴(yán)酷度并進(jìn)行環(huán)境模擬，設(shè)計(jì)了以使用25 年為目標(biāo)的“Atlas 25plus”光伏關(guān)鍵部件耐久性綜合試驗(yàn)方法。中國電器科學(xué)研究院研發(fā)了可用于光伏材料耐候試驗(yàn)的高加速太陽跟蹤聚光老化試驗(yàn)設(shè)備、光伏關(guān)鍵部件的光-熱-濕綜合環(huán)境試驗(yàn)艙等裝備，建設(shè)了覆蓋我國全部典型氣候環(huán)境的光伏產(chǎn)品戶外實(shí)證基地，積累了數(shù)百億條光伏產(chǎn)品實(shí)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)（其中包括了服役時(shí)間長達(dá)25 年的光伏關(guān)鍵部件試驗(yàn)數(shù)據(jù)）。在此基礎(chǔ)上，提出了行業(yè)領(lǐng)先的光伏關(guān)鍵部件環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)室加速評(píng)估方法，形成了覆蓋光伏關(guān)鍵部件、光伏背板、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的濕熱帶分布式光伏戶外實(shí)證試驗(yàn)要求國家系列標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)均高度重視海上漂浮式光伏的耐候性研究，國內(nèi)在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境嚴(yán)酷度分級(jí)、測試評(píng)價(jià)、試驗(yàn)裝備等方面與國外研究不相上下。但在光伏關(guān)鍵部件老化試驗(yàn)的相關(guān)性和加速性上尚缺實(shí)證與理論支撐，難以準(zhǔn)確預(yù)測組件長期使用的老化性能。

同時(shí)，在變換器等關(guān)鍵電氣設(shè)備方面，華為集團(tuán)基于陸上變換器防護(hù)等級(jí)提升思路研發(fā)了具有防濕、防塵、防鹽霧功能的光伏組串式逆變器，在海況較為平和的新加坡柔佛海灣區(qū) 5 MW 光伏電站中得到應(yīng)用。浙江大學(xué)基于虛擬矢量的二電平和三電平調(diào)制技術(shù)，研究了具有容錯(cuò)能力的T 型三電平逆變器。目前主要有傳統(tǒng)算法和優(yōu)化搜索算法結(jié)合的混合方法以及基于I-V 曲線的電流參考控制方法兩種技術(shù)路徑，收斂速度和跟蹤精度均有較大改善。上述既有技術(shù)及設(shè)備研究成果主要是對陸上的優(yōu)化與改進(jìn)，能否適用于“三高三強(qiáng)”等惡劣海洋環(huán)境下漂浮式光伏系統(tǒng)值得商榷。同時(shí)，考慮到海上電氣設(shè)備故障率及運(yùn)維成本是陸上20 倍以上的嚴(yán)酷事實(shí)，迫切需求海上光伏變換器的容錯(cuò)帶故障運(yùn)行技術(shù)以提升漂浮式光伏系統(tǒng)的可靠性和自主運(yùn)行能力，但目前現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)和文獻(xiàn)報(bào)道。電氣系統(tǒng)是近海漂浮式光伏系統(tǒng)運(yùn)行的大動(dòng)脈，亟待開展“三高三強(qiáng)”等惡劣海洋環(huán)境下變換器結(jié)構(gòu)與控制器算法的創(chuàng)新研究，全面保障電氣系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行。

3．統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：應(yīng)用SAS 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料應(yīng)用χ2檢驗(yàn)或精確χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法(Wilcoxon檢驗(yàn))進(jìn)行分析。變化趨勢應(yīng)用阻尼趨勢指數(shù)平滑方法進(jìn)行時(shí)間序列分析。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

最后，在工程示范驗(yàn)證方面，新加坡 Sunseap 公司在柔佛海峽建成了5 MW 的海上漂浮式光伏。荷蘭Oceans of Energy 公司在北海區(qū)域建成了8.5 kW 的漂浮式海上光伏系統(tǒng)，計(jì)劃2030 年擴(kuò)容至100 MW。國能（浙江）能源發(fā)展有限公司在白沙島附近海域展開了第一批方陣光伏系統(tǒng)的科研試驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目為將來大型海上漂浮項(xiàng)目落地提供支撐。國內(nèi)海上光伏仍停留在科研試驗(yàn)階段，缺乏關(guān)鍵性示范驗(yàn)證平臺(tái)，亟需突破漂浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的迭代耦合技術(shù)難題，迫切需求研發(fā)光伏系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、結(jié)構(gòu)安全預(yù)警、電氣故障報(bào)警、智能運(yùn)維規(guī)劃為一體的全天候智慧運(yùn)維技術(shù)，全面保障近海漂浮式光伏發(fā)電應(yīng)用示范工程全壽命周期安全高效發(fā)電。

從國內(nèi)外研究進(jìn)展來看，漂浮式光伏浮體可以借鑒漂浮式風(fēng)電、養(yǎng)殖網(wǎng)箱等海洋工程經(jīng)驗(yàn)，光伏關(guān)鍵部件和電氣設(shè)備在沿海灘涂已有一定應(yīng)用基礎(chǔ)，發(fā)展近海漂浮式光伏的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，但是在浮體平臺(tái)構(gòu)型與安全評(píng)估、光伏關(guān)鍵部件耐候性、電氣設(shè)備可靠性等方面，仍有部分技術(shù)難點(diǎn)需要克服。

4 研究前景

漂浮式光伏對可持續(xù)發(fā)展既帶來了挑戰(zhàn)，也提供了機(jī)遇：

技術(shù)成熟度：漂浮式光伏技術(shù)相對于傳統(tǒng)陸地光伏技術(shù)仍處于相對新穎的階段。盡管已經(jīng)有一些成功的試點(diǎn)項(xiàng)目，但仍需要更多的研究和發(fā)展，以提高技術(shù)成熟度和可靠性。

高成本：目前，與陸地光伏相比，漂浮式光伏的成本較高。漂浮設(shè)備的制造、安裝和維護(hù)等方面的費(fèi)用都要考慮在內(nèi)。然而，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)的發(fā)揮，預(yù)計(jì)成本將逐漸下降。

沿海環(huán)境影響：漂浮式光伏的部署可能會(huì)對沿海生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，如光伏關(guān)鍵部件的陰影、周圍海洋生物的遷徙等。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布置過程中需要充分考慮環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡。

能源多樣化和供應(yīng)穩(wěn)定性：漂浮式光伏的部署可以增加能源供應(yīng)的多樣性，并提高能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。海上光伏系統(tǒng)相比陸地光伏系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，可以利用海洋條件，如潮汐和海流，提供更可靠的能源。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和就業(yè)機(jī)會(huì)：漂浮式光伏項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營需要相應(yīng)的投資和人員參與，可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展并創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。此外，光伏技術(shù)的研發(fā)和推廣也會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

全球市場潛力：由于海洋資源的廣泛分布，海上光伏的市場潛力是巨大的。許多國家和地區(qū)都對海洋能源開發(fā)表示了興趣，這為漂浮式光伏提供了廣闊的全球市場機(jī)會(huì)。

綜上所述，雖然漂浮式光伏在可持續(xù)發(fā)展過程中面臨一些挑戰(zhàn)，但其對清潔能源轉(zhuǎn)型和能源可持續(xù)性提供了重要的機(jī)遇。通過技術(shù)發(fā)展、成本降低和環(huán)境保護(hù)等方面的努力，可以進(jìn)一步推動(dòng)漂浮式光伏的可持續(xù)發(fā)展。

因此，耐候性漂浮式光伏在海上的應(yīng)用前景十分廣闊：

可再生能源發(fā)展：隨著對可再生能源需求的增加，海上光伏發(fā)電作為一個(gè)潛力巨大的領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。相比陸地上的光伏系統(tǒng)，海上利用波、潮汐和海流等自然資源，可以提供更穩(wěn)定和可預(yù)測的能源輸出，同時(shí)避免了土地資源限制。

能源供應(yīng)：海上光伏發(fā)電能夠?yàn)楹Ｉ嫌蜌馄脚_(tái)、離島社區(qū)和沿海地區(qū)提供綠色能源供應(yīng)。這些地區(qū)通常受到供電的限制，并且傳統(tǒng)的發(fā)電方式會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放。通過部署漂浮式光伏系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立和減少環(huán)境影響。

水面利用：海上光伏不需要占用寶貴的陸地資源，可以在水面上進(jìn)行布置。它可以與漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等其他海洋活動(dòng)相融合，對生態(tài)環(huán)境的干擾較小。另外，光伏關(guān)鍵部件在水面上可以享受到水面的散熱效果，提高能源轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)進(jìn)步：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，海上光伏系統(tǒng)的效率和可行性正在提高。逐漸出現(xiàn)了更耐候、更穩(wěn)定、更適應(yīng)海洋環(huán)境的材料和組件，并且海上光伏系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)技術(shù)也在不斷完善。

減少溫室氣體排放：海上光伏發(fā)電是一種清潔能源，可以減少溫室氣體的排放。在海上大規(guī)模部署光伏系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，并為應(yīng)對氣候變化做出積極貢獻(xiàn)。

綜上所述，海上耐候性漂浮式光伏具有巨大的應(yīng)用前景，其可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢和多樣化的應(yīng)用場景使其成為新興的可再生能源領(lǐng)域。

5 結(jié)論

近海漂浮式光伏系統(tǒng)的光伏關(guān)鍵部件、關(guān)鍵機(jī)械結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵電氣部件的長壽命服役期，不僅受高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)降水因素下潤濕滲透、腐蝕老化等氣候環(huán)境導(dǎo)致的耐候性劣化影響，還面臨強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)浪及長期風(fēng)浪流等復(fù)雜海況下機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷所誘發(fā)的環(huán)境變量改變、耐候性二次劣化的新挑戰(zhàn)。海洋氣候環(huán)境、部件材料屬性、結(jié)構(gòu)損傷特征相互作用的“氣候-機(jī)械”環(huán)境耦合過程涉及傳質(zhì)傳熱、物質(zhì)相變等難題。一般的方法為開展環(huán)境應(yīng)力作用機(jī)制與設(shè)備環(huán)境損傷傳遞路徑與演化規(guī)律研究，構(gòu)建流、熱、力及材料特性等耦合因子之間的量效解析模型，解決關(guān)鍵部件耐候性精準(zhǔn)評(píng)估難題，為海上漂浮式光伏系統(tǒng)長期安全可靠提供理論支撐。

通過研究海上漂浮式光伏長期服役環(huán)境應(yīng)力作用下設(shè)備的腐蝕老化、機(jī)械損傷、性能衰減等耐候性問題，揭示環(huán)境、材料、結(jié)構(gòu)等多元因素的交互影響作用現(xiàn)象與動(dòng)態(tài)過程演化規(guī)律，構(gòu)建涉及流、熱、力及材料結(jié)構(gòu)等耦合因子之間的量效關(guān)系解析模型。通過實(shí)證試驗(yàn)，探索環(huán)境應(yīng)力作用下誘發(fā)設(shè)備失效?故障的單一/多種物理現(xiàn)象及傳遞關(guān)系，揭示設(shè)備失效環(huán)境應(yīng)力作用機(jī)制，明確關(guān)鍵氣候影響因素、建立各環(huán)境影響因子的映射關(guān)系，形成從環(huán)境到設(shè)備的性能狀態(tài)演化跟蹤評(píng)估策略。聯(lián)合數(shù)值仿真及實(shí)證試驗(yàn)，開展設(shè)備服役環(huán)境狀多維物理場耦合分析與設(shè)備狀態(tài)感知試驗(yàn)測試，提出耐候性要求及環(huán)境優(yōu)化、性能提升策略方案。

綜上所述，近海漂浮式光伏關(guān)鍵部件耐候性評(píng)估及提升技術(shù)的研究通常采用多種方法綜合應(yīng)用，包括實(shí)驗(yàn)研究、模擬分析和實(shí)地試驗(yàn)等。