海上漂浮式光伏技术试验研究

海上漂浮式光伏技术试验研究

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Summary：在全球化能源转型的大背景下，可再生能源的利用成为了各国关注的

焦点。海上漂浮式光伏技术，作为新能源领域的一种创新尝试，不仅拓展了光

伏电站的建设空间，更对海洋资源的综合利用提供了新的可能。该技术将光伏

板安装于漂浮体上，通过锚定装置固定于海面，实现了海洋空间与清洁能源的

高效结合。随着海洋经济的发展和海洋资源的深度开发，海上漂浮式光伏技术

的研发与应用显得尤为重要。

Keys：海上漂浮式；光伏技术；试验

引言

随着光伏技术的快速发展和成本的不断降低，光伏电站的建设呈现出蓬勃发展

的态势。然而，陆地光伏电站的建设受到土地资源的限制，发展空间日益有

限。探索新的光伏电站建设模式，成为推动光伏产业持续健康发展的关键。海

上漂浮式光伏技术作为一种新型的光伏电站建设模式，具有不占用陆地资源、

发电量高、环境友好等优势，正逐渐成为光伏产业的新宠。通过深入研究海上

漂浮式光伏技术，可以进一步挖掘海洋资源的潜力，为全球的能源转型和可持

续发展贡献力量。

1 光伏发电的重要性和发展现状

光伏发电对于环境保护和气候变化具有重要意义，通过利用太阳能发电，可以

减少对化石燃料的依赖，减少二氧化碳等温室气体的排放，从而减缓全球变暖

进程，保护大气层和生态环境。光伏发电有助于优化能源结构，提高能源安全

性。光伏发电作为清洁能源之一，可以多样化能源供应方式，减少对传统能源

的过度依赖，降低对能源的需求风险。光伏发电也有利于经济可持续发展。光

伏发电产业的发展不仅可以促进就业岗位增加，还带动相关产业链的发展，带

动当地经济增长，提高人民生活质量。全球光伏发电行业正处于蓬勃发展阶

段。随着技术的不断进步和成本的持续下降，光伏发电已经逐渐成为各国政府

能源转型的重要选择。全球各地建设的光伏发电项目越来越多，光伏发电装机

容量不断增加。

2 海上漂浮式光伏技术

2.1 设计原理和结构特点

选择高效的太阳能光伏电池板，并通过特殊防护措施使其适应水中环境，提高

光电转换效率。采用特殊材料制作的漂浮结构，可以使光伏电池板稳定的漂浮

在水面上，并保证其在波浪和风力的作用下不受损坏。设计合理的电缆系统，

将从光伏电池板中产生的直流电能传输到岸上的交流电系统。海上漂浮式光伏

技术具有以下一些结构特点，由于水中环境条件的特殊性，漂浮光伏电池板需

要采用抗腐蚀的材料和涂层，以确保其长期在水中运行稳定。漂浮结构的设计

需要考虑到浮力和稳定性的平衡。结构要足够轻巧，以保证光伏电池板能够漂

浮在水面上，同时也要足够稳定，以应对波浪和风力的影响。为了最大限度地

吸收太阳能，漂浮光伏系统通常设计为可调节角度，以便在不同时间和季节中

最大程度地接受太阳辐射。设计时需要考虑到水体的深度、洪水、潮汐等因

素，并采取措施使得漂浮式光伏系统能够适应不同水体的环境条件。通过以上

的设计原理和结构特点，海上漂浮式光伏技术可以充分利用海洋资源，实现海

洋太阳能发电，提供清洁可再生的电能，并具有较高的经济和环境效益。

图1 海上漂浮式光伏技术

2.2 防水防腐措施

海上漂浮式光伏技术需要采取有效的防水和防腐措施，以确保光伏电池板和支

撑结构在水中环境下长期稳定运行。对于海上漂浮式光伏技术中的元件和结构

材料的选择至关重要。需要选择具有抗海水腐蚀能力的高质量耐候材料，如不

锈钢、铝合金、特殊涂层等，以保证在海水环境下具有较强的耐腐蚀性。材料

要求具有良好的密封性和机械强度，以确保系统的稳定性和可靠性。在组装光

伏电池板和支撑结构时，需要进行严密的密封设计，确保水不会进入到电气元

件内部或结构中。可采用防水密封胶、橡胶垫圈等材料，进行密封处理，防止

海水渗入，避免导致电气部件短路或结构腐蚀。在光伏电池板和支撑结构的内

部表面涂覆防腐蚀涂层也是一种常见的防腐措施。这种涂层可有效阻止海水对

结构内部的侵蚀，延长设备的使用寿命。常用的涂层材料包括环氧树脂、聚脲

涂层等。海上漂浮式光伏技术需要定期进行维护和监测工作，及时发现和处理

漏水、腐蚀等问题。定期清洁和检查设备状态，修补破损处，替换老化部件，

确保设备持续稳定运行。考虑到海上环境的波浪、潮汐和风力等因素，设计海

上漂浮式光伏系统时，需要考虑结构的抗风浪性能，保证系统在恶劣天气条件

下的稳定性和安全性。

2.3 连接电网的方式

海上漂浮式光伏技术连接电网的方式至关重要，它直接影响着能源的输送效率

和系统的运行稳定性。最常见的方式是将海上漂浮式光伏发电站通过海底电缆

与陆地电网直接连接，将光伏系统产生的直流电转换为交流电，并接入当地的

电网供电。这种方式可以有效利用地球表面与海洋间的潜在能源，充分发挥光

伏发电系统的功效。在没有连通到陆地电网的偏远海域或离岛地区，海上漂浮

式光伏系统也可建成一个独立的微电网系统。该系统通过配备储能装置（如电

池、超级电容等）来存储白天发电过剩的电能，以保证夜晚和阴雨天气的供电

需求。结合其他清洁能源发电方式，如风能、海洋能等，建造混合式海上能源

发电系统。这种系统能够充分利用不同能源的优势，平衡能源供给，提高整体

系统的可靠度和经济性。将多个海上漂浮式光伏发电站集中连接成为一个大规

模的系统，再将其与陆地电网相连。这种方式使得发电量更加可控，同时能够

实现多点供能、故障分隔和系统优化调节。采用智能电网技术，实现海上漂浮

式光伏系统与电网之间的智能互联。通过数据采集、监控和远程控制技术，实

现对光伏发电系统的实时监测和运行调控，提高系统的稳定性和效率。

图二多节点集中式连接方式

3 海上漂浮式光伏技术的优势

海上漂浮式光伏技术在海上空间利用方面具备独特优势。相比于陆地，海洋拥

有广阔的开放空间，可以更好地满足光伏发电的需要。通过在海面上布置光伏

板，可以最大限度地利用海上空间，提高光伏发电的效率。这不仅可以有效解

决陆地资源紧张的问题，还能够在充分利用海洋资源的同时，为人类提供更多

清洁能源。海上漂浮式光伏技术能够降低土地需求。在陆地上建设大规模的光

伏发电站需要占用大量的土地资源，而且往往会与农业、建筑等其他领域的用

地竞争。然而，海洋作为一片无尽的蓝海，为光伏发电提供了广阔的发展空

间，不再受限于有限的陆地资源。通过利用海洋空间搭建光伏发电设施，不仅

可以避免对土地的过度开发和破坏，还能够更好地保护生态环境，实现可持续

发展。海上漂浮式光伏技术还能够增加光伏发电容量。由于在海上布置光伏

板，可以更好地接收太阳能，并且拥有较为稳定的气候条件，光伏发电的效率

相对较高。海水还可以作为天然冷却剂，能够有效降低光伏板的温度，提高发

电效率。相比于传统的陆地光伏发电系统，海上漂浮式光伏技术在发电容量方

面具备明显的优势，能够为能源供应提供更为可靠的保障。

4 海上漂浮式光伏技术试验过程

4.1 选址和环境考察

在海上漂浮式光伏技术试验过程中，选择充足的日照资源是海上漂浮式光伏系

统运行的基础。通过对当地光照资源的历史数据和实地调查，评估选址区域的

光照强度、日照时间等情况，以确定最佳的建设位置。考察选址附近的海洋环

境，包括海浪大小、风力强度、潮汐情况等。这些因素会影响到系统的稳定性

和安全性，需要充分评估并采取相应的设计和防护措施。水域深度直接关系到

支撑结构的设计和安全性。通过水深调查和测量，确定适合的水域深度范围，

以保证光伏系统的稳定性和支撑结构的安全性。海水的盐度、浊度和腐蚀性对

系统材料和组件的耐久性产生影响。进行海水质量检测，选择耐腐蚀、耐海水

侵蚀的材料，确保系统的长期稳定运行。进行环境影响评价，评估漂浮式光伏

系统对当地海洋生态、渔业和周边环境的潜在影响，制定相应的环境保护措施

和补偿方案。如有需要，进行陆地部分的土地准备工作，包括清理、平整和基

础建设等工作。

4.2 材料选择和制造工艺

海上漂浮式光伏技术试验过程中的材料选择和制造工艺对于系统的稳定性、耐

腐蚀性和性能表现起着至关重要的作用。选择高效、耐用的光伏电池板是关

键。常见的有单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池。在海上环境中，应选择对潮

湿、盐雾侵蚀和紫外线辐射具有较好耐性的材料。选择轻量、耐腐蚀的材料用

于制作漂浮结构，常见的有玻璃钢、铝合金、特殊复合材料等。这些材料具有

优良的耐候性和抗海水腐蚀能力。支撑结构的设计和材料选择直接影响到整个

系统的稳定性。应该选择强度高、耐用且抗风浪的材料，保证系统具有良好的

承载性能。选用符合防腐要求的连接件和固定件，确保连接牢固，同时考虑使

用不锈钢、镀锌钢等材料以提高耐腐蚀性。在组装中使用防水、耐海水腐蚀的

密封材料，在电缆接头、连接处等位置进行密封处理，以确保系统的长期稳定

运行。根据设备要求采用合适的生产工艺，包括切割、焊接、喷涂、表面处理

等步骤，确保部件质量和精准度。在整个制造过程中，需进行严格的质量检查

和测试，确保每个部件符合设计要求，并保证整个系统的性能稳定性和安全

性。

4.3 安装调试和监测数据

海上漂浮式光伏技术的试验过程中，安装调试和监测数据的工作至关重要，它

直接关系到系统的正常运行和性能优化。在选择好适合的位置后，需要进行漂

浮式光伏系统的安装工作。这包括搭建漂浮支架、安装光伏电池板、连接电缆

及电气部分等工作。安装过程需要确保每个组件的位置、角度和连接方式符合

设计要求。安装完成后，需要对系统进行调试和检测，确保各部件连接正常，

系统运行稳定。调试过程包括检查电路连接是否准确、充放电控制系统是否有

效、并逐步进行功率调整和最大功率点跟踪等操作。在安装调试过程中，也需

要考虑到防护设施的设置，如防止海浪、风暴等极端天气对系统的影响。必须

确保安全防护设施完备，以避免不可预见的意外风险。安装调试完成后，即进

入监测数据阶段。通过布设传感器、监测仪器等设备，实时监测系统的发电

量、温度、光照强度、倾斜角度等参数，并将数据传输至监测中心。监测数据

可以帮助评估系统的运行状况和性能表现，及时发现并解决问题。监测数据的

收集与分析非常重要。分析数据可以帮助确定系统运行效率、损耗情况，找出

潜在问题并提出优化建议。定期分析数据有助于系统运行效果更加稳定和长

久。除了数据监测，还需定期进行系统的维护保养工作，包括清洁、检修、零

部件更换等，以确保系统的寿命和性能。

4.4 风浪对系统影响及应对方案

在海上漂浮式光伏技术的试验过程中，风浪是个重要的考虑因素。风浪的影响

可能对系统的稳定性和性能产生一定影响。强风可能对漂浮式光伏系统造成冲

击和振动，从而影响结构的稳定性。风力会导致光伏电池板的倾斜角度变化，

进而影响到发电效率。在面对恶劣的海洋环境，优化了系统的结构设计，在材

料选择和加固措施上进行了改进。通过使用耐腐蚀材料和增加连接点的强度，

我们提高了系统的抗风浪能力，降低了设备因恶劣环境而受损的风险。采用了

高效的降低风力对系统的影响。通过合理的布置和压制，减小了风对光伏板表

面的冲击力，从而保护了板面的完整性和性能。在光伏板的支撑结构上进行了

改进，使其能够更好地抵抗强风和大浪的作用。还研发了先进的波浪补偿技

术。通过安装波浪补偿装置，可以有效地减小系统受到的波浪干扰，提高系统

的稳定性和能量输出效率。这种补偿技术根据实时海况数据进行调整，以保证

系统在各种海况下都能正常运行。密切关注潮流和海流对系统的影响。通过详

细的水文测量和数据分析，能够更好地预测和理解潮流和海流的运动规律。在

设备的安装位置和结构设计上进行了优化，以最大程度地减小潮流和海流对系

统的干扰。还制定了严格的维护和管理计划。定期检查和维护设备，并及时清

理和修复受损部件，以确保系统能够长期稳定运行。

5 海上漂浮式光伏技术试验结果分析

5.1 发电效率和稳定性评估

海上漂浮式光伏技术试验的发电效率和稳定性评估是评估系统运行表现的重要

指标。通过监测和记录实际的发电量，计算并评估光伏系统的发电效率。发电

效率与光伏电池的转换效率和漂浮结构的设计密切相关。评估发电效率可以评

估系统设计和组件选型的合理性，并为未来的优化提供指导。稳定性评估是对

海上漂浮式光伏系统在长时间运行中保持稳定输出的能力进行评估。稳定性考

虑包括系统功能的可靠性、抗风浪的能力、设备的持久性和对环境变化的适应

性等。通过长期监测和数据分析，评估系统各个组成部分的可靠性和稳定性。

对已有试验结果进行分析，并提出性能优化方案。通过调整、优化光伏电池板

的角度和朝向、改进光伏组件材料和接线方式、改善系统的控制算法等方法，

可以进一步提高系统的发电效率和稳定性。

5.2 海洋环境适应性及耐久性分析

海上漂浮式光伏技术试验的海洋环境适应性和耐久性分析是对系统在复杂海洋

环境下的适应能力和长期运行稳定性的评估。海洋环境中盐雾含量高，会对组

件和材料产生腐蚀作用，降低系统的耐久性。通过选用抗腐蚀材料、进行密封

处理、定期清洁和维护等方法来减少盐雾腐蚀的影响。海洋中的波浪、风力等

因素对系统产生水动力作用，会对漂浮结构和支撑系统造成冲击和振动。通过

合理的结构设计和抗风浪措施，如采用减振装置和增加支撑稳定性等方法，提

高系统的抗水动力能力。海洋环境中的温度变化较大，可能导致光伏组件的温

度变化，进而影响系统的发电效率和稳定性。通过选用适应温度变化的材料和

散热设计，控制光伏组件的温度，提高系统的性能稳定性。海洋环境中存在着

各种生物和污染物，如藻类、贝类和水母等。这些生物可能附着在光伏组件表

面，影响系统的光照和发电效率。通过定期清洁组件、防污涂层、防生物附着

材料等方法来减少这些问题的发生。海上漂浮式光伏技术试验需要评估系统的

持久性耐久性，包括组件的功率衰减情况、材料的老化、连接件的稳定性等。

定期检查和维护工作，及时更换受损或衰减的部件，以确保系统长期稳定运

行。

结束语

通过对海上漂浮式光伏技术的深入研究和试验，它不仅能够有效缓解陆地光伏

电站建设面临的土地资源压力，还能充分利用海洋的广阔空间，实现清洁能源

的大规模开发。随着技术的不断进步和成本的进一步降低，海上漂浮式光伏技

术将在全球范围内得到更广泛的应用和推广，为构建清洁、低碳、高效的能源

体系提供有力支撑。

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