国际学术期刊《自然》子刊《自然-可持续性》日前发布最新研究显示，在全球各地主要水库中放置浮式太阳能电池板，可以大幅提高发电量并实现节约用水，进而满足数千个城市用能需求。
这种将太阳能电池板放置并固定在水面且通过连接水下电缆实现发电的浮式光伏发电技术正加速走红全球。功能与陆地太阳能发电相同，但发电能力远超陆地，不仅节省了宝贵的土地面积，还可以减少水面蒸发，是太阳能领域因地制宜、不断创新的技术成果。
■年发电潜力超9000太瓦时
《自然-可持续性》指出，全球有超过11万座水库符合应用浮式光伏的标准，总面积达55.4111万平方公里。如果这些水库30%表面被覆盖，即每个水库覆盖面积不超过30平方公里，每年可减少106立方千米水量蒸发，接近3亿人每年用水量，同时还可实现9434太瓦时的年均浮式光伏发电潜力，这约是美国2021年发电总量的2.4倍、欧盟2021年发电总量的3倍多。如果覆盖率降低到20%或10%，浮式光伏年均发电量则分别为7113太瓦时和4356太瓦时。
该研究论文合著者之一、加利福尼亚州大学圣克鲁兹分校环境工程师埃利奥特·坎贝尔表示：“浮式光伏发电潜力惊人，是目前太阳能发电能力的10倍以上，如果问我什么时候可以推动这一技术，我认为就是现在。”
基于水库位置、人口密度、电力系统等因素，全球总计6256个城市可以通过浮式光伏发电实现能源自给自足，其中包括154个大都市。坎贝尔指出，浮式光伏发电需要稳定、无阴影的水面，灌溉渠、采石场湖或水库是理想地点。事实上，这一技术很大程度上有利于人口密度较小的城镇乡村地区。
美国《连线》指出，此前有研究表明，各国需要将各自土地面积的0.5%至5%用于太阳能发电，才有望实现全面脱碳。太阳能发电项目的单位能源占地面积是天然气发电项目的70倍。
■我国浮式光伏发展最快
《自然-可持续性》总结了全球20个浮式光伏发电潜力最大的国家，其中，美国以每年1911太瓦时领先，中国以每年1107太瓦时紧随其后，巴西以每年865太瓦时位居第3，印度和加拿大分别位居第4和第5。
以美国2021年电力消费水平为基准，该国30%水库应用浮式光伏，可以满足全美近一半电力需求。截至目前，中国、美国、巴西等少数国家已经开始在有限容量下应用浮式光伏技术。
我国在该技术上发展速度最快、成效最显著。中国电建集团湖北工程有限公司在山东省承建的华能德州丁庄水库320兆瓦项目，是目前全球单体最大水上漂浮式光伏电站，于2021年底全容量并网发电。
去年底，我国和泰国合作修建的泰国最大水上漂浮式光伏项目实现并网，年发电量9500万千瓦时。2021年10月，中泰两国在泰国东北部投建的浮动水力太阳能电场投产运营，可产生45兆瓦电力。该项目采用混合系统，即白天转化太阳能，晚上利用水力发电。
欧洲也在加速部署浮式光伏项目。据路透社报道，欧洲最大浮式太阳能发电场于去年7月开始发电，可以为大约1500户家庭供电。
■成本仍是发展障碍
提高发电效率是浮式光伏重要优势之一。由于光伏模块温度越高自身耗能越大，因此，在水域环境下可以降低光伏组件的工作温度，从而提高组件工作效率。
美国科技趋势新闻网“科技艺术”指出，太阳能电池板可以遮荫，进而降低水温、减少水面蒸发；反过来，水可以冷却太阳能电池板，使浮式光伏效率较陆地光伏发电高出15%。此外，节省陆地空间可以腾出更多土地用于农业或栖息地保护。
目前，制约浮式光伏技术应用的最大障碍就是成本，因为浮式太阳能电池板需要锚定系统固定，这就需要额外成本支出。美国国家可再生能源实验室能源技术和政策研究员西卡·加赞库表示，安装浮式光伏系统成本比陆地高25%，而且可能降低水中含氧量，伤害鱼类并影响水域生态平衡，甚至给水质带来负面影响。
“考虑到水域生态系统，我们需要进一步研究浮式光伏的潜在影响。”加赞库坦言，“同时还需要解决政策、规划、融资、监管、技术支持和建设维护等一系列问题。”
