水面光伏浮體如何滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用壽命？

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新加坡太陽(yáng)能研究所（SERIS）最近的一份報(bào)告顯示，全球水面光伏市場(chǎng)將繼續(xù)快速發(fā)展，未來(lái)幾年，僅印度、韓國(guó)、泰國(guó)就有近10GW的市場(chǎng)容量。不占用土地資源和更高的發(fā)電效率使得漂浮電站在全球范圍內(nèi)受到歡迎，但復(fù)雜的水面環(huán)境也提出了更大的挑戰(zhàn)，如何滿(mǎn)足25年設(shè)計(jì)使用壽命即是其中之一。

目前國(guó)內(nèi)外主流的水面光伏系統(tǒng)均采用浮體+支架方案，浮體一般采用食品級(jí)高密度聚乙烯（HDPE）材料，這類(lèi)材料常用于醫(yī)藥容器、塑料飯盒、食品包裝袋、天然氣輸送管道等，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性和環(huán)境友好性。

水面光伏浮體是漂浮系統(tǒng)的基礎(chǔ)，材料性能直接關(guān)系到浮體設(shè)計(jì)使用壽命。然而行業(yè)內(nèi)很多廠(chǎng)家對(duì)材料性能并不重視或是一知半解，甚至認(rèn)為吹塑時(shí)易成型的HDPE就是好料。其實(shí)不然，成型性只反映了原料的加工性，很片面。還有些廠(chǎng)家懂一些，但關(guān)注點(diǎn)有些“跑偏”，比如只重視強(qiáng)度、硬度、模量等，認(rèn)為浮體越硬、越抗拉就越好，然而這種類(lèi)型HDPE材料的使用壽命反而很短。

 ▲“某品牌”浮體耐環(huán)開(kāi)性能不佳導(dǎo)致開(kāi)裂

選擇性能優(yōu)異的原料需要綜合考慮其合成工藝以及20余項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。鑒于浮體材料的重要性，頭部企業(yè)陽(yáng)光電源水面光伏于2017年4月成立水面光伏設(shè)備新材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)不同水域環(huán)境情況，探索材料力學(xué)性能、耐候性能、環(huán)保性能等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)對(duì)浮體使用壽命和環(huán)境的影響，同時(shí)承擔(dān)原材料檢驗(yàn)等重要任務(wù)，開(kāi)展先進(jìn)材料的制備、試模、工藝優(yōu)化、制定評(píng)價(jià)方法等研究工作，指導(dǎo)并規(guī)范生產(chǎn)和品質(zhì)管控。

▲水面光伏浮體材料測(cè)試（陽(yáng)光水面光伏新材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室提供）

▲基料耐環(huán)開(kāi)性能檢測(cè)結(jié)果表（部分）（陽(yáng)光水面光伏新材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室提供）

原材料有多項(xiàng)性能指標(biāo)，如熔指、密度、ESCR（即耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂，決定了浮體在長(zhǎng)期水浸泡和應(yīng)力共同作用下的抗開(kāi)裂性能，劣質(zhì)或部分低ESCR的材料直接使用在浮體中會(huì)留下長(zhǎng)期隱患，導(dǎo)致浮體開(kāi)裂漏水）和拉伸性能等，其中熔指決定原料的加工性，密度與ESCR有著緊密的聯(lián)系，拉伸性能是老化前后的重要判斷依據(jù)。有的廠(chǎng)家在浮體關(guān)鍵受力部位選用聚丙烯（PP），這也存在風(fēng)險(xiǎn)。PP分子上含有大量側(cè)甲基，性能不穩(wěn)定，易老化失效，且脆性大，低溫沖擊強(qiáng)度低，容易斷裂。

▲“某品牌”P(pán)P材料浮體螺母老化發(fā)白

不同原料供應(yīng)廠(chǎng)家生產(chǎn)工藝不盡相同，市面上的HDPE原料也有差別，其性能也有一定的區(qū)別，因此來(lái)料檢測(cè)是一項(xiàng)重要工作。

▲系統(tǒng)老化試驗(yàn)及快速老化測(cè)試方法開(kāi)發(fā)（ 陽(yáng)光水面光伏新材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室提供）

 ▲耐候改性前后氧化誘導(dǎo)時(shí)間對(duì)比 （陽(yáng)光水面光伏新材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室提供）

據(jù)悉，陽(yáng)光水面光伏評(píng)估了40余種牌號(hào)的HDPE材料，結(jié)合聚合方式和耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂等性能優(yōu)選基料。同時(shí)，選取不同的耐候助劑，測(cè)試和對(duì)比了不同老化體系，為制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下了基礎(chǔ)?；戏矫妫Y選出十余款產(chǎn)量穩(wěn)定、性能優(yōu)異的大中空吹塑級(jí)HDPE；母料方面，通過(guò)系統(tǒng)性試驗(yàn)獲得最佳抗氧/抗紫外線(xiàn)復(fù)配體系，成功開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足使用要求的耐候配方。但這種程度的來(lái)料檢測(cè)僅限于個(gè)別水面光伏設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家，大部分廠(chǎng)家并沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)能力，難以選擇最合適的材料。

廣西漂浮電站（灌溉水庫(kù)）

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的基本保障，也給生產(chǎn)廠(chǎng)家劃了一條紅線(xiàn)。《NB_T 10187-2019水上光伏系統(tǒng)用浮體技術(shù)要求和測(cè)試方法》、《T∕CPIA 0016-2019 水上光伏發(fā)電系統(tǒng)用高密度聚乙烯浮體》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了許多重要的材料性能指標(biāo)，其中的紫外老化、氧化誘導(dǎo)時(shí)間、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂等指標(biāo)直接影響浮體的使用。

馬來(lái)水面漂浮電站（酸性水質(zhì)水域）

在制定以上標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，陽(yáng)光水面光伏原材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室提供了大量的可靠數(shù)據(jù)，解決了紫外老化、濕熱老化標(biāo)準(zhǔn)判定等爭(zhēng)論較大的問(wèn)題。其中，陽(yáng)光水面光伏聯(lián)合國(guó)家光伏檢測(cè)中心對(duì)浮體材料耐候老化性能及檢測(cè)方法做了系統(tǒng)性測(cè)試評(píng)估工作，通過(guò)不同原材料和規(guī)格的樣品，以及不同光源和輻照強(qiáng)度的紫外老化試驗(yàn)箱，耗時(shí)兩年評(píng)價(jià)了材料耐候性能以及適用于漂浮光伏行業(yè)的快速、可靠的測(cè)試方法，結(jié)合長(zhǎng)期的實(shí)踐發(fā)表了《漂浮式水上光伏系統(tǒng)用浮體材料快速老化評(píng)價(jià)方法》。

 大型近海水域漂浮電站

PV Magazine近期的一份研究報(bào)道顯示，目前全球已有35個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有正式運(yùn)營(yíng)的漂浮電站，另有30余個(gè)國(guó)家和地區(qū)正在建設(shè)或積極開(kāi)發(fā)新的漂浮項(xiàng)目，全球總裝機(jī)容量已達(dá)2.6GW，并且繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。但在擁抱漂浮光伏全球市場(chǎng)大發(fā)展的同時(shí)，我們也要認(rèn)識(shí)到這個(gè)光伏市場(chǎng)新興支柱所面臨的問(wèn)題，部分頭部企業(yè)已經(jīng)看到了這些問(wèn)題，并且做了許多深入的研究工作。水面光伏浮體能否達(dá)到25年設(shè)計(jì)使用壽命，也許時(shí)間可以證明一切，我們不妨拭目以待。