水面结冰期间的浮式光伏系统会发生什么情况？

位于寒冷气候条件下的浮式光伏系统在气温降到冰点后会发生什么情况？电站如何应对这些不利的气候条件？会面临什么样的风险？我们在阳光电源水面光伏系统解决方案部经理Kane Wang的帮助下，尝试解答这些问题。

中国逆变器制造商阳光电源旗下的阳光电源水面光伏在位于中国东北地区黑龙江省巴彦县的水面上建造了一个500千瓦的浮式光伏阵列，那里的冬季温度可以达到零下20摄氏度。这个发电站覆盖了约90%的湖泊水面，公司专家向我们解释了光伏系统在冰冻时期的情况。

阳光电源水面光伏系统解决方案部经理Kane Wang告诉《光伏》杂志，“每年11月到3月，湖面会结冰四个月左右。在湖水结冰期间，整个光伏阵列都会被冻结。”

Kane Wang指出，冰层在较厚的地方可能出现挤压和抬升，所以要把浮动光伏系统固定在冰层表面。在极寒地区，通常要在温度达到冰点之前安装锚固结构。他解释说，“如果在特殊情况下需要在冰冻期安装锚固系统，则要首先实施相应的破冰计划，并在施工前将冰清除。同时在锚固系统的设计方案中也要考虑浮冰和浮霜对浮式阵列的影响。”

在采用混凝土桩或重力锚作为水下锚固材料时，还应考虑混凝土的抗冻性。如果是采用岸上锚固方式，则必须考虑冻结对锚具的挤压和漂浮效应。这些都与非冰冻地区使用的锚固系统不同。

Kane Wang还强调，极寒地区往往伴随着高雪荷载，这就需要使用特殊的锚固材料，施工效率相对较慢，工程造价也比传统的浮式光伏项目高。“那么对浮式系统的技术要求就更重要了，”他补充道，“比如，在设计时应考虑较大的浮重比，并可根据各地区的雪荷载差异灵活调整浮体。”他指出，浮体数量可以根据当地的雪荷载进行增减，实现单位面积浮力可调，从而达到最佳的系统成本。

阳光电源水面光伏表示其产品符合极寒和冰冻地区的关键要求。该经理说道，“产品材料需要能够抵抗极端低温，这样才不会发生脆裂或断裂。结构设计还需要考虑到冻胀的影响。”这意味着整个阵列结构需要有足够强度来抵抗冻结，并需要通过一系列的冻结试验和温度循环试验加以验证。

选用的构件还必须具备抵抗高雪荷载的能力，还必须考虑足够的安全浮力。Kane Wang说，“最后，在锚固系统方面，需要考虑浮冰对阵列的冲击载荷以及冰冻期锚固施工的安全性，并采取临时锚固措施来确保浮式光伏系统不会出现故障和事故损坏。”

此外，他还特别指出，冰冻期的低气温将提高浮式动系统的发电量。该发电站于2018年投产，占据的水面面积约为5000平方米，它依靠阳光电源功率范围为60到80千瓦的逆变器，以及由一家未透露的制造商提供的功率输出在275到315瓦之间的太阳能组件。