太阳能发电走向水面:浮动系统加速普及

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全球变暖带来的影响愈发明显且具有灾难性。为避免出现不可逆转的后果,国际科学界普遍认为,必须通过控制全球平均气温升幅在工业化前水平以上1.5摄氏度以内,来有效减缓气候变化。

许多国家已经承诺在2050年前后实现碳净零排放目标。要达成这一目标,不仅需要国际间的协作与政策推动,也离不开能源技术的持续创新和大规模应用。

在土地资源紧张的地区,一些国家开始将光伏(PV)系统从陆地延伸到水面,在内陆水库、湖泊以及近海水域部署浮动光伏和近海浮动光伏(OFPV)装置,以充分利用太阳能。目前关于这类浮动系统的研究,多集中在能源管理和发电性能方面。

然而,浮动光伏系统与传统陆地光伏阵列在环境影响上的系统性比较仍然相对缺乏。

针对这一空白,《可再生与可持续能源杂志》近日刊登了一项来自台湾国立台北科技大学的研究。由于台湾国土面积有限、地形受限,扩大可再生能源布局面临不小挑战,两位研究人员选择对比台湾首个大规模商业近海浮动光伏装置与传统陆地太阳能农场,评估两种系统在环境与发电表现上的差异。

研究结果显示,在相同条件下,近海浮动太阳能系统在其生命周期内的发电量比陆地系统高出约12%。

研究作者陈庆丰指出:“近海浮动太阳能系统在整个生命周期内发电更多——在相同条件下约比陆地系统多12%。由于发电量更高,它们在减排方面的贡献也更大。简单来说,虽然两种系统采用的技术类似,但把太阳能板放在水面上可以让它们运行得更高效。”

造成这一差异的关键因素之一,是水体带来的冷却效应。太阳能板在高温环境下效率会下降,而水面能够吸收并带走部分热量,从而帮助组件维持较佳工作温度。

在方法上,研究团队采用了生命周期能源评估(LCEA)方法。为保证比较的一致性,他们将两种系统的功能单位都设定为100兆瓦峰值(MWp),即在标准测试条件下光伏系统可达到的最大输出功率。

具体而言,本研究中位于台湾长滨工业园区的陆地光伏(LPV)系统装机容量为100 MWp。而近海浮动光伏(OFPV)系统的实际容量为181 MWp。为了实现可比性,研究人员将OFPV系统的相关数据按比例归一化到100 MWp的规模。

陈解释说:“这种归一化处理,使我们能够在等效系统容量下,直接比较能量产出、效率以及环境影响等关键指标,避免了因规模差异导致的偏差。”

通过这一分析框架,研究为两种系统的碳足迹提供了较为全面的量化结果,为政策制定者和其他利益相关方在制定减排策略时提供了参考依据。

“台湾要在2050年前实现净零排放,仅仅增加同类型的再生能源项目还不够,更需要在部署方式和场址选择上进行创新。”陈表示。

他进一步指出,从更宏观的角度来看,这项研究表明,近海浮动太阳能不仅是陆地光伏的技术替代选项,更是土地资源有限国家的一种战略性解决方案。通过在水面部署光伏系统,这些国家可以在不进一步占用宝贵陆地资源的前提下,扩大可再生能源装机规模,同时兼顾环境保护与土地利用约束。


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