“水上漂”的太阳能发电站

韩佳栩

一提到太阳能发电，可能大多数人首先想到的会是住宅楼屋顶上倾斜的太阳能电池板，或者是戈壁上一排排整齐列队的光伏板方阵。

现在，京瓷TCL太阳能联合公司（以下简称“京瓷”）要让人们的脑海中增加一幅画面，它打算让水和太阳能发电站更紧密地联系在一起。

京瓷正在日本千叶县市原市的山仓水库建造全球最大的水上太阳能发电站，预计2017年完工。建成后，占“水”面积约18万平方米，输出功率约13.7兆瓦，年发电量大约相当于4970户普通家庭的年用电量。

太阳能发电分为光热发电和光伏发电。前者通过碟形镜面聚集太阳能，加热工质（实现热能和机械能相互转化的媒介物质）以驱动汽轮发电机发电；后者则是利用半导体界面的光生伏特效应（半导体在受到光照射时，不同部位之间产生电位差的现象）将光能直接转变为电能。

光伏发电设备主要由太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成。这是目前太阳能发电的主要方式。而京瓷正在建造的这座也属于此种，它由5万多块太阳能电池板组成。

水上光伏发电站与地面设置型发电站的运行原理大致相似。唯一不同的是，水上发电站的建造过程中，需要先在水中固定形似竹筏的水上架台，也就是用于固定、安装太阳能电池板的浮体构造物，之后，再在架台上安装光伏组件。

这也是京瓷建造这座水上光伏发电站的最大难点，虽然它此前已经建设过3座水上太阳能发电站了，但“全球最大面积”的称号还是带来了一些新的困难。“因为这次安装面积非常大，而且水下地形也不一致，我们要将水上架台稳定地固定在水面上，就不只需要经验，还需要根据流体力学计算出最佳的锚固位置以及需要的数量。”京瓷株式会社太阳能事业本部市场部的技术人员中村一博对《第一财经周刊》说。

除了地形的问题，水上光伏发电站对设备的要求也非常高—不仅要防腐、防水，还必须能够在高盐雾、高湿度、大风等条件下正常工作，且要保证较小的故障率。据中村一博介绍，此次京瓷采用的是法国Cielet Terre International公司的水上架台。这种水上架台用耐紫外线、耐腐蚀性强的高密度聚乙烯材料制成，而且全部材料都能回收利用。

地面式光伏发电站往往是许多太阳能电池板相互连接组成的光伏阵列，看起来颇有气势，不过，这也意味着不小的占地面积—土地资源对于日本这种国家来说，当然是较为稀缺的资源。

2015年11月，由Eurus能源控股公司建造的日本第一大太阳能发电站刚刚竣工，这是一座地面式光伏发电站，设置了51.36万个太阳能电池板，占地面积约达253万平方米，输出功率约115兆瓦—也就是说，这座地面光伏发电站每块太阳能板占地约5平方米，每1000瓦输出功率需要22平方米的土地作为支持。

根据咨询公司HIS最新发布的报告，2015年，全球光伏安装量为59兆瓦，同比增长了35%。HIS预测，今年，全球光伏行业将持续强劲增长，增幅预期将突破17%，达到69兆瓦。

然而近年来，日本兆瓦级光伏发电站的建设用地正日益减少，对于传统能源不足的日本来说，这无疑是个急需解决的紧迫问题。在这样的背景下，水上光伏发电站成为这个国家看好的新选择。

日本发展水上发电站有一个先天有利的因素。由于日本降水的季节变化较大，日本国内有很多灌溉用的蓄水池以及河水上涨时用的调节池，而这些人工水池上，就可以建设水上发电站。

一般情况下，这些人工水库除了在紧急情况蓄水之外，没有其他用处，等于是白白消耗维护管理成本。而出售蓄水池的水上使用权，当地政府能够获得新的现金收入。

和传统的地面光伏发电站相比，水上光伏系统所使用的架台费用相对高一些，但由于系统安装在水面上，水对光伏组件有冷却效果，可抑制组件表面温度上升，因此，可能获得更高的发电效率。尤其在高温的夏季，水上光伏发电站更容易确保发电量。

影响发电效率的另一个因素是太阳能电池板上的灰尘，所以电池板往往需要定期清洗。而对地面式太阳能电池板来说，这一成本花费不菲。但水上发电站就可以直接用周围的水清洗太阳能电池板，相对节省了一些成本。

而对于水上生态环境来说，发电站的水上架台所采用的高密度聚乙烯材料，由于做了环保处理，不会产生有害物质，对水质也无较大影响。尽管漂浮在水面上的光伏组件在一定程度上会阻隔阳光的渗透，影响水中的动植物，但水上光伏发电站多建在人工水池之上，所以也不会影响到水中的濒危物种，从而降低对生物多样性的伤害。此外，水上太阳能发电站还能起到防止藻类大量繁殖的作用。

其实，在水上安装太阳能发电站的不只是日本，全球很多地方都在追赶这波风潮—巴西、韩国、澳大利亚、印度都在安装漂浮式太阳能电池板。去年年底，中国首座大型水面光伏系统也在湖北枣阳建成投产。

早在2011年，英国设计师Phil Pauley就提出了漂浮式太阳能电池的理念，不同于现在的水上光伏发电站，它是一种漂浮在海面上的网状太阳能电池系统，电池板可连接在一起，形成一个庞大的网络状结构，伴随着浮力船在水面上忽沉忽浮，还可以收集产生的波能—考虑到海的广阔性，如果这一想法实现，京瓷在建的这座水上最大太阳能发电站的称号就要让位了。

不过目前看来，在开阔的海洋上铺设漂浮太阳能电池板还需要更多的技术支持。京瓷的太阳能营销总经理Ichiro Ikeda认为，无休止的波浪会改变水位，进而打乱整个系统的运作。

尽管京瓷项目的水上架台供应商Cielet Terre公司曾在泰国对盐水友好型系统做了试验并取得了成功，不过在海上建太阳能发电站还是停留在概念阶段—近海设施将耗费巨大的成本，而且发电场与用电方更接近，是发电站的基本逻辑。