淺析水上光伏減少水體蒸發量的應用

【摘要】我國大部分地區降水量少于蒸發量，水資源總量嚴重匱乏。中國的可持續發展水資源是關鍵。在研究節水措施的同時，如何有效減少水體水面蒸發量成為新的研究方向。在以往研究的基礎上，本文提出了利用水面光伏覆蓋抑制水體水面蒸發量的方法，并進一步分析了水面光伏減少蒸發量的可行性及優勢。

【關鍵詞】水體蒸發；減少蒸發量；水上光伏；相對濕度；水面溫度

我國是世界上公認的水資源緊缺國家之一，隨著全球氣候變暖、蒸發量的加大，淡水湖泊、水庫的淡水資源越來越稀缺。陸地水量平衡主要取決于降水、徑流和蒸發量。水面蒸發是水循環過程的一個重要環節，是水體水量損失的一個重要部分。目前全球各個行業均在致力于減少水體蒸發量的研究和嘗試，主要的有覆蓋黑色塑料球體、遮陽蓬、水上光伏等形式，但是從能源的角度看水上光伏更為合理可行。

1、水面光伏的應用

1.1 水上光伏國內外現狀

2005年6月國內首座大型水面光伏電站在河北省落成，裝機容量8MWp。與日本、英國、韓國等應用較早的國家相比我國起步較晚，目前，日本保持著水面光伏電站最大輸出紀錄。

1.2 水上光伏系統的構成：

水上光伏電站組成部分主要為太陽能組件、匯流箱、逆變器、變壓器、集電線路、聚乙烯浮體架臺等。

1.3 水上光伏電站優點：

（1）水上光伏電站的太陽能組件可以遮蔽大量的水體，大大減少水體水量的蒸發，節約水資源；

（2）同時由于組件對太陽光的遮擋，形成較大的投影面，減少了光合作用，一定程度上抑制藻類成長，有利于水污染防治；

（3）水上光伏電站具有整體性，方便太陽能跟蹤系統的安裝和運行，減少了地面光伏電站因每塊電池板均需安裝雙軸跟蹤系統而造成的大幅提高的成本；

（4）由于光伏組件依托于浮體架臺漂浮在水面上，水對其有冷卻作用，光伏組件溫度降低輸出電能增加，水上光伏電站可比大型地面電站和屋頂分布式光伏電站獲得更多發電量；

（5）浮體架臺100%可回收，所利用高密度聚乙烯，可抗紫外線、抗腐蝕；

（6）水上電站依附于水體，臺風來臨時可隨水體浮動避免折損，抵御臺風的侵襲；

（7） 水上光伏電站依托水體表面，不僅減少對耕地、林地、草地等土地的占用，而且不需要土建開挖有利于水土保持；

（8）水上光伏電站可通過岸邊組裝，水路運輸、安裝便利；

（9）水上光伏電站處在水環境中，減少了灰塵等固體吸附，并且清洗組件取水方便減少了因光伏面板清洗而造成的成本及電量損失。

（10）由于國家對農用地和建設用地做出征稅規定，而水上光伏采用的免稅水面比征稅地面的成本要小得多；

（11）水上光伏電站還可以改善水體的生態環境提高水產產量，并且不僅不破壞原有水體還可以增加其觀賞性。

2、水上光伏對蒸發量的影響

2.1 我國的氣候環境和蒸發量情況

我國大面積處在干旱和半干旱地區，潛在蒸發量日益加大，淡水湖泊和地下水位逐年下降。水面光伏電站由于遮蓋大量水體表面，可以減少水分蒸發。

2.2 青海湖蒸發量情況

水面蒸發強度與空氣溫度、濕度、風都密切相關，一般溫度高、濕度小、風速大的地方水面的蒸發量也大。對于大水體水面蒸發分析計算內容主要有：

2.2.1典型蒸發池、站的選擇；

2.2.2典型蒸發池、站各不同類型蒸發器皿的水面蒸發系數分析、選定及其多年平均年、月蒸發量系列計算；

2.2.3工程水體區陸面蒸發量的計算；

2.2.4水體增損深度計算。

青海湖位于青藏高原的東北緣，為我國面積最大的湖泊.實測記錄表明該湖水位下降非常顯著，水面蒸發是這個內流湖泊水分損失的最主要原因。基于以上計算內容根據高原咸水湖泊實際特征對彭曼公式進行了修正，估算了青海湖1960-2006年水面蒸發量如下：

青海湖水面8月蒸發量最大，1月最小，4-10月的蒸發量占全年的80%左右，12月3月的蒸發量僅占全年的15%；夏季蒸發量占全年的比例最高37%，其次是春季31%，秋季26%，冬季僅占6%。

2.3 水上光伏的研究與模擬效果

基于以上青海湖蒸發量的研究，模擬安裝水上光伏電站，由于光伏組件的覆蓋，對水面蒸發起主要作用的輻照度、水面風速、溫度、濕度都將發生巨大的變化。由于湖泊的蒸發量主要是溫度和輻照度引起的，水溫又與太陽照射有很大關系，所以蒸發量的最直接的因素是輻照度的影響。而水面光伏恰恰是在輻照度最強的時候，有效地把太陽的光能轉換為電能，減少了對水體的照射，并起到了隔熱的左右。通過多次的研究與計算機模擬，我們發現水上光伏電站對淡水湖泊的蒸發起到了巨大的抑制作用，使其全年蒸發量減少約40%以上。

3、水上光伏的應用前景

從國外的發展可以看出，各國的水上漂浮光伏電站的發展模式基本上都遵循著企業牽頭、政府支持、科技支撐的模式，電站規模有著越來越大的趨勢。光伏電站的缺點之一是能量分散，占地面積大。理論上每10千瓦光伏發電系統占地100平方米，相當于單位千瓦占地10平方米。但為了減少陰影效應，減少發電量的損失，電池板之間需要存在一定的間隔距離，從而進一步加大了占地面積。中國人多地少，發展水上光伏發電站可以解除土地因素的束縛，拓寬光伏發電的應用，節約土地減少蒸發量，同時還提高發電量，在提升經濟效益的同時，保持環境的健康、和諧發展。

參考文獻：

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