海上漂浮式光伏電站中光伏組件性能影響因素分析及解決策略

摘 要：闡述了海上漂浮式光伏發電的應用現狀，并分析了影響海上漂浮式光伏發電中光伏組件性能的因素，對未來海上漂浮式光伏發電的發展前景和研究方向進行了預測。分析結果顯示：鹽霧和海水的侵蝕、高紫外線輻射、高濕度等均會導致光伏組件出現腐蝕、老化和性能降低的情況。針對這些問題，需要在光伏組件材料選擇、光伏組件檢查和維護、先進的監測和控制技術方面加以關注。未來，海洋漂浮式光伏發電技術將面臨新材料開發、技術革新和環保型解決方案等方面的研究需求。面對海洋漂浮式光伏發電領域的挑戰需要政府、企業和研究機構的合作與創新，以推動其可持續發展。

關鍵詞：海上漂浮式光伏電站；光伏組件；海洋環境；鹽霧腐蝕；紫外線輻射；高濕度；材料選擇

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A

0" 引言

在全球能源結構調整的大背景下，可再生能源發電技術已成為各國的共同選擇。作為一種環保、可持續的可再生能源利用形式，光伏發電技術在世界范圍內得到了廣泛應用與推廣。然而，傳統的陸地光伏電站面臨著土地資源日益短缺的問題，因此海上漂浮式光伏發電成為解決此問題的重要途徑之一。海洋環境作為光伏發電的一種新的應用場景，隨著光伏發電技術的不斷創新和應用經驗的積累，海上漂浮式光伏發電將成為推動清潔能源轉型的重要力量，為人類實現可持續發展目標做出更大的貢獻。

海洋環境特殊，與陸地環境有著諸多差異，這對光伏組件的性能和穩定性提出了新的挑戰?；诖?，本文對海上漂浮式光伏發電的應用現狀進行闡述，并對影響海上漂浮式光伏發電中光伏組件性能的因素進行分析，最后對未來海上漂浮式光伏發電的發展前景和研究方向進行預測。

1" 國內外海上漂浮式光伏發電的應用現狀

1.1" 國外應用現狀

目前，國外主要以應用于淡水水域的漂浮式光伏發電為主，而海上漂浮式光伏發電則處于初步探索階段。盡管東南亞某些國家的政府部門已明確表明支持海上漂浮式光伏發電，并制定了相關規劃，但其他國家或地區對于海上漂浮式光伏發電的規劃情況尚屬不明。

新加坡Sunseap公司在柔佛海峽建設的海上漂浮式光伏發電項目已于2021年竣工，其為全球規模最大的海上漂浮式光伏發電項目之一。該項目采用的浮動模塊超過3萬個，支撐著13312塊光伏組件和40臺逆變器。預計該項目的年發電量約為602萬kWh，相當于1380個4居室住宅1年的用電量，每年可減少4258 t的碳排放量[1]。

奧地利-馬爾代夫合資公司Swimsol開發了一套海上漂浮式光伏發電系統，該光伏發電系統包括12個SolarSea漂浮平臺，每個平臺配備裝機容量為25 kW的海洋級光伏組件。該光伏發電系統已在馬爾代夫近海完成了測試，證明其可適應存在海洋流、潮汐、極端紫外線、高濕度和高腐蝕性的海洋環境。盡管該光伏發電系統的抗波能力有限，但其發電成本可低至0.12美元/kWh，使用壽命長達30年。

挪威Moss Maritime公司采用了一種名為“Floating Solar Park”的漂浮式光伏發電系統。該光伏發電系統是基于特定位置和天氣設計的，采用單個模塊尺寸約為10 m×10 m的標準化方形模塊。模塊上配置浮動平臺，該浮動平臺由底部的多個浮橋和頂部的平臺結構組成，用于放置光伏組件。該光伏發電系統通過柔性連接件將方形模塊連接，使其可沿著波浪移動，且能長時間承受高達3～4 m的波浪沖擊。由于模塊化和簡單化的設計，該光伏發電系統可在內陸水域和海上大規模應用，且其將在挪威的弗洛亞島進行測試。

荷蘭SolarDuck公司設計了一種三角形的浮體單元，浮體單元上可安裝光伏組件，各個浮體單元可靈活連接在一起形成大型光伏發電系統。此種光伏發電系統具有高穩定性，可承受高達30 m/s的風速。浮體單元采用海洋級鋁制框架，使用壽命超過30年。光伏組件可以在浮體單元傾斜時實現自清洗，維護成本較低[2]。

1.2" 國內應用現狀

近年來，中國政府高度重視海洋能源的發展，并明確表示了其在新型能源體系中的重要性。相關機構正積極著手優化海洋能源產業架構，旨在推動新型能源的深度融合，成為催生經濟發展的新引擎，從而為經濟社會的長足發展提供堅實支撐。自然資源部辦公廳于2023年發布了《關于推進海域立體設權工作的通知（征求意見稿）》，明確指出可實施海域立體分層設權，鼓勵各項用海活動，比如：海上光伏發電、海上風電等。在此背景下，諸如山東、河北、浙江等沿海省份紛紛出臺了支持海上光伏發電發展的政策，包括立體確權、規模發展和補貼方案等[3]。

近年來，光伏發電技術在湖泊、池塘等場景的應用日益獲得業界認可，這為海上漂浮式光伏發電的發展提供了技術基礎。隨著中國光伏產業鏈的不斷成熟和完善，適用于海洋環境的光伏發電技術也在不斷突破，已具備了海上漂浮式光伏發電項目規?；l展的初步條件。一些企業已開始有針對性地進行技術和產品研發，推出了專門針對海上漂浮式光伏發電項目的光伏組件。例如：阿特斯陽光電力集團股份有限公司已完成了海上固定樁基式光伏發電用光伏組件的開發，并進入海上漂浮式光伏發電用光伏組件的研發階段，且其參與了中集來福士首個半潛式海上漂浮式光伏發電平臺實證項目。天合光能股份有限公司、晶澳太陽能科技股份有限公司和華晟新能源科技股份有限公司也推出了專門適配海上漂浮式光伏電站的光伏組件，以滿足特殊應用場景的需求。隨著對近海淺水水域資源的開發，越來越多的沿海城市加大了對海上漂浮式光伏發電項目的支持力度。然而，目前中國已建成的海上漂浮式光伏電站的規模通常較小，且多為灘涂光伏電站，尚未出現單體規模較大的海上漂浮式光伏電站。

相較于陸上光伏電站，海上漂浮式光伏電站不受遮擋物的影響，接收的光照時間更長，光照利用效率更高；此外，海水能對光伏組件進行降溫，可提高光伏組件發電效率。這些因素均有助于海上漂浮式光伏電站的發電量提升。因此，中國在海上漂浮式光伏發電領域的發展前景十分廣闊，具有巨大的市場潛力和經濟價值。

2" 海洋環境對光伏組件性能的影響

應用于海上漂浮式光伏電站的光伏組件，其性能受多種因素的影響，比如：鹽霧和海水的侵蝕、高紫外線輻射、高濕度等。下文進行逐一分析。

2.1" 鹽霧和海水的侵蝕

海洋環境對光伏組件性能的影響是海上漂浮式光伏發電系統設計和運行中需重要考慮的因素。其中，鹽霧和海水的侵蝕是重要影響因素。鹽霧是指海洋中水汽與氣溶膠形成的氣態懸浮顆粒物，通常包含鹽分、氯化物和其他微粒；海水中包括鹽分、氯化物和其他化學物質。鹽霧和海水與光伏組件表面及內部材料接觸時，不僅會腐蝕材料[4-6]，還會引起氧化反應，這會對光伏組件的機械性能和使用壽命產生影響。

為了有效抵御鹽霧和海水對海上漂浮式光伏發電系統用光伏組件的侵蝕，采用耐腐蝕材料（比如：不銹鋼、鋁合金等）和防水材料（比如：聚氟乙烯）[7]至關重要。此外，通過對光伏組件表面進行防腐涂層噴涂和覆蓋防水膜的防護措施[8-9]，可以進一步降低侵蝕風險。采用緊密結構和具有良好密封性的設計[10]，不僅可減少鹽霧和海水侵入光伏組件，還可確保光伏組件的整體安全性和穩定性。對光伏組件進行定期維護是保持光伏發電系統良好運行狀態的關鍵，包括定期清潔光伏組件表面的污垢和沉積的鹽分。上述措施共同構成了一種全面的光伏組件防護策略，旨在提高海上漂浮式光伏發電系統對惡劣海洋環境的適應能力和耐受性[11-12]。

除了上述的防護措施外，還需要進行相關技術和材料的研發，以提高光伏組件的抗鹽霧和海水侵蝕能力。同時，需加強監測和管理，及時發現和處理光伏組件存在的問題，保障光伏發電系統的安全運行和長期穩定性。

綜上可知，雖然鹽霧和海水的侵蝕對海上漂浮式光伏發電系統的影響不可忽視，但通過采取合適的解決方案和技術手段，可以有效減輕其帶來的負面影響，提高光伏發電系統的性能和可靠性，促進海上漂浮式光伏發電技術的健康發展。

2.2" 高紫外線輻射

相較于陸地上的紫外線輻射，海上的紫外線輻射通常更為強烈。因此，高紫外線輻射是海上漂浮式光伏發電系統面臨的重要挑戰。高紫外線輻射不僅會影響光伏組件的性能和使用壽命，還可能導致光伏發電系統的發電量下降，甚至影響光伏發電系統的安全性和穩定性[13-15]。

高紫外線輻射會導致光伏組件中的有機材料和聚合物發生分子鏈斷裂和化學鍵斷裂，進而使材料出現變硬、變脆和變色的情況，加速光伏組件材料的老化進程，比如會出現硅膠、膠膜、接線盒老化，背板變色和連接線因老化而斷裂等情況，從而降低光伏組件的性能和使用壽命。而海洋環境中更強烈的紫外線輻射，使材料老化的速度更快[14-15]。

同時，高紫外線輻射還會對太陽電池造成損傷，其會導致太陽電池中的硅和電子摻雜層產生晶格缺陷、電子遷移率下降等現象，從而降低太陽電池的光電轉換效率，進而影響光伏發電系統的發電量。

為了應對高紫外線輻射對海上漂浮式光伏發電系統用光伏組件的影響，可以采取以下解決方案：1）選擇具有良好耐紫外線性能的光伏組件材料，是防紫外線輻射影響的關鍵[16]；2）在光伏組件表面涂覆防護涂層是一種常用的防紫外線輻射影響的方法。這種涂層可以形成一層保護膜，阻擋紫外線的輻射，同時提高光伏組件的表面硬度和耐用性；3）建立紫外線報警系統，實時監測海上漂浮式光伏發電系統所處區域的紫外線輻射強度和變化趨勢，一旦紫外線輻射強度超出安全范圍，及時發出預警并采取相應措施，以減少光伏發電系統受損風險。

由于紫外線輻射會導致光伏組件表面溫度升高，加劇材料老化和性能衰退。因此，在抗高紫外線輻射的同時，對光伏組件設計合理的散熱系統和采用溫度控制措施，也有助于降低紫外線輻射造成的溫度升高，延長光伏組件的使用壽命。

另外，制定統一的技術標準和規范，推動光伏組件制造商和相關行業在材料選擇、結構設計、防護措施等方面進行技術創新和提升，共同提高海上漂浮式光伏發電系統的抗紫外線能力和穩定性。加強紫外線輻射對光伏組件影響機理的研究，深入探討紫外線輻射與光伏組件材料的相互作用規律和影響機制，可為制定更為有效的防護策略提供科學依據[17-19]。

綜上可知，雖然高紫外線輻射對海上漂浮式光伏發電系統的影響不可忽視，但通過選擇合適的材料、涂覆防護涂層、合理的結構設計和定期維護等措施，可以有效降低不利影響，保障光伏發電系統的性能和使用壽命。未來，還需要進一步加強對紫外線輻射的研究，開發更加高效和耐久的防護材料和技術，為海上漂浮式光伏發電系統的安全運行提供更可靠的解決方案。

2.3" 高濕度

高濕度會使海上漂浮式光伏發電系統用光伏組件面臨多種挑戰。首先，高濕度會加速光伏組件的腐蝕，特別是加速金屬部件和電纜連接處的腐蝕，降低光伏組件的安全性和穩定性。其次，潮濕空氣的滲透會導致光伏組件的電氣絕緣性能下降，增加短路風險[20-21]。此外，高濕度環境下的水汽凝結可能影響光伏組件的光吸收能力，從而降低其光電轉換效率。再者，濕度的波動可能引起光伏組件材料的物理膨脹和收縮，導致微裂紋的形成，進一步影響光伏發電系統的性能和使用壽命[22-23]。除此之外，高濕度還會促進霉菌和其他微生物的生長，這些微生物的存在可能降低光伏組件的散熱效率，進而影響整個光伏發電系統的性能[24]。因此，對于海上漂浮式光伏發電系統的設計和維護，需要特別考慮如何實現對光伏組件的有效防護和使其適應高濕度環境，以確保光伏發電系統的長期穩定運行和高電量產出。

雖然高濕度環境會對海上漂浮式光伏發電系統造成多種問題，但通過采取以下措施，可以有效地緩解這些問題。

首先，在光伏組件材料選擇方面，必須優先考慮具有高耐腐蝕性和防水性能的材料，比如：使用優質不銹鋼、鋁合金或經過特殊處理的復合材料作為光伏組件框架和支撐結構材料，并采用雙?；蚋咝Х浪莱钡谋嘲宀牧稀⒛蜐駸岬姆庋b材料，以確保光伏組件對濕度的敏感度降到最低。

其次，在光伏組件安裝和布局方面，需保證足夠的通風。這包括光伏組件采用利于雨水和凝結水排出的安裝傾角，以及在光伏發電系統中安裝通風設備，幫助調節光伏組件內部濕度，防止水汽凝結[25-26]。

再者，對光伏組件實施定期的檢查和維護是保障其在高濕度環境下穩定運行的重要措施。這包括檢查光伏組件防水密封的完整性，清理光伏組件上的積水和污垢，以及檢測和修復可能因濕度變化引起的光伏組件結構問題。

最后，利用先進的監測和控制技術，比如：安裝濕度傳感器和遠程監控系統，可以實時監控光伏組件的運行環境和性能狀態。這不僅可以及時發現和解決由高濕度引起的問題，還能優化光伏組件的運行策略，提高光伏發電系統整體發電效率和產電量。

海上漂浮式光伏發電系統應對高濕度環境不僅需要在光伏組件材料和布局方面下功夫，還需要在日常運維管理中持續關注和應對環境變化，以確保光伏組件能夠適應復雜多變的海洋環境。

3" 未來展望與研究方向

在全球能源轉型的大背景下，海上漂浮式光伏電站作為一種新興的太陽能利用方式，其所使用的光伏組件正逐漸展現出巨大的發展潛力和廣闊的發展前景[27-32]。未來，此類光伏組件的應用需特別關注以下幾方面：技術突破、成本降低、與其他海洋產業結合、環境影響評估、政策支持等。

在技術突破方面，進一步提高海上漂浮式光伏發電用光伏組件的穩定性和可靠性至關重要。這需要研究人員不斷優化系泊系統，使其能夠更好地抵抗海浪、海風和海流的沖擊，確保光伏組件在海上環境中安全穩定地運行。同時，還需要提高光伏組件自身的抗風能力和抗拍擊能力，以應對海上惡劣天氣條件。此外，研發新型材料和結構，以增強光伏組件的耐久性和適應性，這也是未來技術研究的重要方向。

成本降低是推動海上漂浮式光伏發電用光伏組件廣泛應用的關鍵因素之一。當前，海上漂浮式光伏發電用光伏組件的制造成本相對較高，這限制了其大規模推廣。為了降低成本，需要通過技術創新提高此類光伏組件的生產效率，降低原材料成本，同時通過規模化生產實現成本分攤。此外，優化運維管理方式，降低光伏電站運維成本也是重要的研究方向。

與其他海洋產業的結合也是未來海上漂浮式光伏發電用光伏組件發展的重要趨勢之一。海上漂浮式光伏發電可與海上風電相結合，形成風光互補的能源系統，提高能源供應的穩定性和可靠性。同時，海上漂浮式光伏發電與海洋養殖產業相結合，實現空間的多重利用，提高海洋資源的利用效率。這種綜合性發展模式將為海洋經濟帶來新的增長點，促進海洋產業的協同發展。這也意味著海上漂浮式光伏發電用光伏組件的應用場景和應用方式將增多。

環境影響評估是海上漂浮式光伏發電發展過程中不可忽視的環節。海上漂浮式光伏發電用光伏組件的應用可能會對海洋生態系統產生一定的影響[33]，因此，需要進行全面的環境影響評估。研究人員需要深入了解光伏組件對海洋生物、水質、海洋生態系統功能等的影響，制定相應的環境保護措施，確保海洋生態環境的可持續發展。同時，還需要加強對環境監測和管理的力度，及時發現和解決環境問題[34]。

政策支持對于海上漂浮式光伏發電用光伏組件的發展至關重要。政府需要制定相關政策，加大對海上漂浮式光伏發電用光伏組件研發和應用的支持力度，為企業提供研發資金，并在稅收等方面提供優惠政策，鼓勵企業積極投入研發和生產。同時，政府還需要加強對海上漂浮式光伏發電用光伏組件應用的規劃和管理，制定合理的發展目標和戰略，引導產業健康有序發展。此外，加強國際合作，促進技術交流和經驗分享，也是推動海上漂浮式光伏發電用光伏組件發展的重要途徑。

總之，隨著技術的不斷進步和應用的不斷推廣，海上漂浮式光伏發電用光伏組件將為太陽能的利用和全球能源轉型做出更大的貢獻。有理由相信，在未來的能源格局中，海上漂浮式光伏發電將占據一席之地，成為推動能源可持續發展的重要力量。

4" 結論

本文闡述了海上漂浮式光伏發電的應用現狀，并分析了影響海上漂浮式光伏發電中光伏組件性能的因素，對未來海上漂浮式光伏發電的發展前景和研究方向進行了預測。分析結果顯示：鹽霧和海水的侵蝕、高紫外線輻射、高濕度等均會導致光伏組件出現腐蝕、老化和性能降低的情況。針對這些問題，需要在光伏組件材料選擇、光伏組件檢查和維護、先進的監測和控制技術方面加以關注。未來，海洋漂浮式光伏發電技術將面臨新材料開發、技術革新和環保型解決方案等方面的研究需求。 呼吁政府、企業和研究機構加強合作，共同應對海洋漂浮式光伏發電領域的挑戰，推動技術創新和可持續發展。通過共同努力，必將實現海洋漂浮式光伏發電的可持續發展，為可再生能源的應用提供更加穩定和可靠的解決方案，為人類社會的可持續發展做出積極貢獻。

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Analysis of Factors Affecting Performance of

PV Modules in Offshore Floating PV Power

stations and Solutions

Lan Zhi1，Liang Fengzhi2

（1. China Energy Engineering Investment Corporation Limited Northwest Branch，Xi'an 710000，China；

2. CSI Solar Co.，Ltd.，Suzhou 215000，China）

Abstract：This paper elaborates on the current application status of offshore floating PV power generation，analyzes the factors that affect the performance of PV modules in offshore floating PV power generation，and finally predicts the development prospects and research directions of offshore floating PV power generation in the future. The analysis results show that salt spray and seawater erosion，high ultraviolet radiation，high humidity，etc. can all lead to corrosion，aging，and performance degradation of PV modules. To address these issues，attention needs to be paid to the selection of PV module materials，inspection and maintenance of PV modules，and advanced monitoring and control technologies. In the future，offshore floating PV power generation technology will face research needs in new material development，technological innovation，and environmentally friendly solutions. In short，facing the challenges in the field of offshore floating PV power generation requires cooperation and innovation among governments，enterprises，and research institutions to promote its sustainable development.

Keywords：offshore floating PV power stations；PV modules；marine environment；salt spray corrosion；ultraviolet radiation；high humidity；material selection