水面光伏浮体如何满足设计使用寿命？

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新加坡太阳能研究所（SERIS）最近的一份报告显示，全球水面光伏市场将继续快速发展，未来几年，仅印度、韩国、泰国就有近10GW的市场容量。不占用土地资源和更高的发电效率使得漂浮电站在全球范围内受到欢迎，但复杂的水面环境也提出了更大的挑战，如何满足25年设计使用寿命即是其中之一。

目前国内外主流的水面光伏系统均采用浮体+支架方案，浮体一般采用食品级高密度聚乙烯（HDPE）材料，这类材料常用于医药容器、塑料饭盒、食品包装袋、天然气输送管道等，具有良好的化学稳定性、耐候性和环境友好性。

水面光伏浮体是漂浮系统的基础，材料性能直接关系到浮体设计使用寿命。然而行业内很多厂家对材料性能并不重视或是一知半解，甚至认为吹塑时易成型的HDPE就是好料。其实不然，成型性只反映了原料的加工性，很片面。还有些厂家懂一些，但关注点有些“跑偏”，比如只重视强度、硬度、模量等，认为浮体越硬、越抗拉就越好，然而这种类型HDPE材料的使用寿命反而很短。

 ▲“某品牌”浮体耐环开性能不佳导致开裂

选择性能优异的原料需要综合考虑其合成工艺以及20余项关键指标。鉴于浮体材料的重要性，头部企业阳光电源水面光伏于2017年4月成立水面光伏设备新材料研发实验室，根据不同水域环境情况，探索材料力学性能、耐候性能、环保性能等关键技术指标对浮体使用寿命和环境的影响，同时承担原材料检验等重要任务，开展先进材料的制备、试模、工艺优化、制定评价方法等研究工作，指导并规范生产和品质管控。

▲水面光伏浮体材料测试（阳光水面光伏新材料研发实验室提供）

▲基料耐环开性能检测结果表（部分）（阳光水面光伏新材料研发实验室提供）

原材料有多项性能指标，如熔指、密度、ESCR（即耐环境应力开裂，决定了浮体在长期水浸泡和应力共同作用下的抗开裂性能，劣质或部分低ESCR的材料直接使用在浮体中会留下长期隐患，导致浮体开裂漏水）和拉伸性能等，其中熔指决定原料的加工性，密度与ESCR有着紧密的联系，拉伸性能是老化前后的重要判断依据。有的厂家在浮体关键受力部位选用聚丙烯（PP），这也存在风险。PP分子上含有大量侧甲基，性能不稳定，易老化失效，且脆性大，低温冲击强度低，容易断裂。

▲“某品牌”PP材料浮体螺母老化发白

不同原料供应厂家生产工艺不尽相同，市面上的HDPE原料也有差别，其性能也有一定的区别，因此来料检测是一项重要工作。

▲系统老化试验及快速老化测试方法开发（ 阳光水面光伏新材料研发实验室提供）

 ▲耐候改性前后氧化诱导时间对比 （阳光水面光伏新材料研发实验室提供）

据悉，阳光水面光伏评估了40余种牌号的HDPE材料，结合聚合方式和耐环境应力开裂等性能优选基料。同时，选取不同的耐候助剂，测试和对比了不同老化体系，为制定企业标准打下了基础。基料方面，筛选出十余款产量稳定、性能优异的大中空吹塑级HDPE；母料方面，通过系统性试验获得最佳抗氧/抗紫外线复配体系，成功开发出满足使用要求的耐候配方。但这种程度的来料检测仅限于个别水面光伏设备生产厂家，大部分厂家并没有相应的检测能力，难以选择最合适的材料。

广西漂浮电站（灌溉水库）

行业标准是产品质量和使用寿命的基本保障，也给生产厂家划了一条红线。《NB_T 10187-2019水上光伏系统用浮体技术要求和测试方法》、《T∕CPIA 0016-2019 水上光伏发电系统用高密度聚乙烯浮体》等行业标准，规定了许多重要的材料性能指标，其中的紫外老化、氧化诱导时间、耐环境应力开裂等指标直接影响浮体的使用。

马来水面漂浮电站（酸性水质水域）

在制定以上标准过程中，阳光水面光伏原材料研发实验室提供了大量的可靠数据，解决了紫外老化、湿热老化标准判定等争论较大的问题。其中，阳光水面光伏联合国家光伏检测中心对浮体材料耐候老化性能及检测方法做了系统性测试评估工作，通过不同原材料和规格的样品，以及不同光源和辐照强度的紫外老化试验箱，耗时两年评价了材料耐候性能以及适用于漂浮光伏行业的快速、可靠的测试方法，结合长期的实践发表了《漂浮式水上光伏系统用浮体材料快速老化评价方法》。

 大型近海水域漂浮电站

PV Magazine近期的一份研究报道显示，目前全球已有35个国家和地区拥有正式运营的漂浮电站，另有30余个国家和地区正在建设或积极开发新的漂浮项目，全球总装机容量已达2.6GW，并且继续保持快速增长的势头。但在拥抱漂浮光伏全球市场大发展的同时，我们也要认识到这个光伏市场新兴支柱所面临的问题，部分头部企业已经看到了这些问题，并且做了许多深入的研究工作。水面光伏浮体能否达到25年设计使用寿命，也许时间可以证明一切，我们不妨拭目以待。