水库上的浮动太阳能

水库是一个大型、平坦、开放的阳光明媚的表面,通常已经连接到道路、电网以及水电站水坝上的电线。 浮动光伏(FPV)将普通太阳能电池板放在塑料浮标上,锚定到海底或银行。 从2007年到2013年，它已经从少数千瓦级试点发展成为数百兆瓦级发电厂。

诚实的总结: * * 浮动太阳能发电是商业性的,成本仅略高于陆地上的太阳能;在土地稀缺或有价值的地方以及已经存在蓄水池和电网连接的地方,它会赢得胜利。 所声称的额外好处,更冷的电池板和节省的水是真实的,但比小册子中所说的要小,也没有得到很好的衡量,风暴和生态是公开的风险。 * *

什么是

浮动太阳能发电厂有四个部分:板和逆变器(与陆地相同 ) 、 浮标(通常是高密度聚乙烯浮桥,用于将板保持在低倾斜位置 ) 、 人行道用于维护,以及锚系物:绳子、链条和锚或岸绑,使岛屿在水平面上升和下降时保持在原处,并且风力推动它。 电缆沿着浮子运行到岸上或浮动平台上的逆变器。

大多数植物都坐在人工水:水电和饮用水蓄水池,灌溉池塘,淹没采石场和矿坑,废水泻湖。 近岸和离岸浮动太阳能在海上是一个更新, 更难的变体. The World Bank’s market report counted more than 400,000 km² of man-made reservoirs worldwide.

它是如何工作的

相同的电池板,相同的阳光。 一个浮动的电池板制造电力就像它在屋顶或田地上所做的那样:功率大约是P = η × A × G,效率乘以面积乘以阳光。 什么改变是周围环境。

Cooling. Panels lose about 0.4% of their output for every degree they warm above 25 °C (see PV-thermal for the physics). 电池板的温度是由平衡来设定的:太阳光加热它,风和辐射冷却它。 工程师将其写成T_module = T_air + G / U,其中U是热损失系数(以瓦特/平方米/开尔文为单位 ) 。 水面上空气更冷,更潮湿,在开放式设计中,面板的背面可以看到水面。 现场测试发现,与参考系统相比,最佳浮动设计的U热传导率高达22 W/m²K,使荷兰的面板降温3.2 °C,新加坡的面板降温14.5 °C(与屋顶系统相比 ) , 每年能源增加3%和6 % ( Dörenkämper et al . , 2021 ) 。 浮子覆盖板下水的设计获得的效益要少得多。

蒸发。 板遮蔽水,减缓风向,因此蒸发的水量较少。 在热、干燥的水库中,这一点与电力一样重要:金和同事们估计在他们的30%情景下每年可节省106立方公里,这是模拟而非测量。

每公顷的功率。 浮动阵列通常位于低倾角处,并且密集排列,因此一公顷的水容量大约与一公顷土地相当,约为1兆瓦,并产生类似的能源。 印度尼西亚的Cirata能够在约200公顷土地上生产192兆瓦电力(Jakarta Post, 2023 ) 。

水电混合。 在水电站的蓄水池上,太阳能可以使用相同的电网连接,并让大坝在晴天时保留水,以便在夜间释放:蓄水池成为太阳能发电厂的电池。

限制

**理论上 .**浮动不会改变阳光:一个浮动的面板,充其量,比同样的面板在陆地上多几个百分点。 全球潜力很大，但受到每个储水层在不损害它的情况下能够覆盖多少的限制。 金等人的研究将每个水库的上限定为30%和30平方公里。

实用

• 风,波浪和水位。 锚系设备必须在风暴中和水位可能上升数十米的情况下保持一个板块岛。 In April 2024 a storm with winds of about 50 km/h badly damaged the newly completed 88 MW Indawadi plant, part of the Omkareshwar floating solar park in India (Times of India, 2024).
• 费用。 浮子、锚和船级连接的成本高于地面框架;美国基准溢价约为25 % (拉马萨米和马戈利斯,2021年).
• 维修。 所有东西都可以乘船或步行到达;鸟粪、藻类和生物污染物需要清理;水附近的电气安全需要关注。
• 生态 . 覆盖水减少光和风混合。 系统审查发现，可能对水温、氧气、藻类和鱼类产生影响；利益攸关方认为，蒸发量减少是最大的机遇，而包括脱氧在内的水化学变化则是最大的威胁。 只有15%的受访经营者曾对水质进行过测试(Exley等人,2021年).
• 其他用户。 饮用水公用事业、游艇、钓鱼和自然保护区都对地表有发言权。

实际项目，计量

项目	什么是	衡量或报告的内容	来源
荷兰和新加坡的浮动光伏测试场	几种浮动设计,在地面和屋顶参考系统旁边,带有温度和辐射传感器	最佳浮动系统 降温3.2°C(荷兰)和14.5°C(新加坡 ) , 根据阳光加权;热损耗系数高达22 W/m²K;收益分别增加3%和6%	Dörenkämper et al., 2021
新加坡天河水库(2021年)	60兆瓦电能,由国家水务局运营的饮用水蓄水池	Opened July 2021 as one of the largest inland floating plants of its time	海峡时报,2021年
印尼西爪哇省奇拉塔(2023年)	192 MWp,约340,000个面板,水电站蓄水池	Expected to supply about 50,000 households; reported cost about $100 million (expected output, not yet independently published)	雅加达邮报，2023年
印度中央邦Omkareshwar(2024)	水坝后岸的几座发电厂,包括 Indawadi 的 88 MW	A storm in April 2024 caused “major loss” to panels a week after the Indawadi plant began operating	印度时报,2024年
世界市场	从2018年中期的约1.1千兆瓦增加到2022年的约13千兆瓦,主要在亚洲	行业估计数	世界银行，2018年; 彭博社，2023年

正如世界银行报告所述,性能优势”尚未在大型安装中、跨越多个地理区域和长期得到确认 ” 。 大型经营者很少公布测量的产量、水质或风暴损害，这是证据中最大的缺口。

什么是它的成本

选择	费用	年份和来源
美国10兆瓦浮动光伏发电厂	$1.29 per W installed against $1.03在陆地上；电费约 $0.057 per kWh against $0.047土地(不包括税收抵免)	2021年, NREL, Ramasamy和Margolis
浮动光伏,50兆瓦通用电厂	5.6 美分/千瓦时,而陆地发电的价格为5.0美分/千瓦时,折扣率为7 % ; 2018年资本成本$0.8 to $每瓦1.2美元	2018, 世界银行，SERIS
美国陆地公用事业规模太阳能	$0.04 to $每千瓦时0.10	June 2026, Lazard LCOE+ version 19
基准:屋顶太阳能在建筑物	约0.19美元 每千瓦时，中央	我们的 风扇墙模型
美国商业和社区屋顶太阳能	$0.09 to $每千瓦时0.20	June 2026, Lazard

表中所示:浮动太阳能成本每千瓦时比陆地上的太阳能高出约10%到20 % , 而比典型屋顶上的太阳能要低得多。 在土地昂贵、受保护或根本无法在电网附近使用的地方,这种溢价很小。 NREL 研究发现,成本对浮子价格、风荷载和雪荷载以及模块效率最为敏感。

哪里可以赢,哪里不能

它可以赢得:

• 拥挤的国家和岛屿 土地稀缺的国家:新加坡、日本、韩国、荷兰,以及南亚和东南亚大部分地区。
• 水电站,在这里有电网连接,太阳照耀时可以保留水。
• 被淹没的采石场,矿坑和工业池塘 没有其他用途。
• 热,干燥的地区 水蒸发损失昂贵,冷却增益最大。
• 水务公司 能够从自己的水库为自己提供泵送和处理的动力。

它不能赢得:

• 土地便宜且丰富的地方。 旱地上的太阳能农场通常会更便宜、更简单。
• 在野生动物丰富的湖泊或用于娱乐,除非生态证据表明小面积覆盖是无害的。
• 在暴露的、风暴水域,而不需要昂贵的锚泊,并且在海上也不需要工程上的飞跃。
• 作为一个大型的新水源。 蒸发节约是真实的,但模拟;它们有帮助,但它们不会创造一条新河流。

什么是证明,合理和推测

证明： 数百兆瓦的浮动发电厂可以建造和运行;它们的成本略高于陆地上的太阳能发电厂;水冷却在开放式设计中增加了几个百分点的产量;风暴会损坏锚定不当的发电厂。

可行的: 如模型所示,覆盖适度比例的水库可以大幅减少蒸发;太阳能和水力发电结合运作通过将水库用作储存来增加价值;遮阴可能会减少一些水库中有害藻类的繁殖。

投机性： 全球潜力在数千兆瓦时,一旦生态、水的使用和电网计算是实际的;长期(25年)的行为浮标和锚泊在阳光和水中;公海浮动太阳能可以负担得起。

开放式研究问题

• 10%、30%或50%的覆盖对不同类型湖泊中的氧气、温度分层、藻类和鱼类有什么影响?
• 实际上，通过水平衡而不是模型测量，节省了多少蒸发？
• 浮标在紫外线下能持续多久,它们是否会将微塑料或化学品排入饮用水中?
• 什么样的锚系设计能够以合理的成本承受极端风暴和大幅水位波动?
• 如何最好地一起运行太阳能和水电,以便两者都赚更多的钱?

一个工作原型需要什么

对于新的浮动理念(更好的浮力、锚系设备、冷却方法或生态设计 ) , 工作模型是实际水面上的一个小阵列,与陆地参考值一起测量。

阶段	工作	它证明了什么	粗成本	时间
0. 设计研究	风荷载、波浪和水位,浮体和锚系设计,简单热力模型	设计在纸上经受住了网站的风暴	$10k to $30k 开奖记录	2至3个月
1. 试验筏	5至20千瓦的池塘或水库,与相同的陆地阵列、模块温度、输出、风和水数据一年	测量的产量增加、温度、早期磨损	$40k to $120k 开奖记录	12个月
2. 生态和耐久性	风暴季节期间在筏子下方和远离筏子的水质取样、浮标老化和锚系装载	环境影响和生存	$50k to $150千	1至2年(重叠)
3. 试点工厂	0.5至2兆瓦，有储层所有人、许可证和电网连接	一个银行可靠的设计	取决于尺寸	1至2年

0至2阶段费用大约为 $100,000 to $300,000. 这些是我们的估计,而不是报价。

我们需要谁

• 海军建筑师或近海工程师 用于浮标、锚泊和风暴载荷。
• 光伏系统工程师 电气设计和安全在水附近。
• 淡水学家(淡水生态学家) 设计水质和野生动物监测。
• 水文学家测量蒸发和水平衡。
• 水库所有者或水利公用事业愿意主办一个试验筏。
• 聚合物专家 测试浮子老化和浸出。

还有更好的主意吗?

也许您有一个更便宜的浮标,一个更智能的锚系设备,一个可以更好地冷却电池板或保护湖泊生命的设计。 Local Solar System基金会的一些成员可能有联系人,他们可以听到一个强大的能源想法。 要想被提出,一个想法需要一个工作的,真实的模型,它实际上产生了力量,在仪器上测量,而不是声称。 我们也欢迎您的论文想法:如果物理和数字是坚实的,我们可以在这里发布它们。 没有一个可行的模式,筹集资金是非常困难的,我们不能承诺资金、回报或引入。

对于浮动太阳能,最便宜的测量值被视为工作模型是 一个小的木筏上的池塘板块旁边的一套相同的陆地,两者都计量,与模块温度记录至少一个夏天。 这显示冷却增益是否对您的设计真实。 通过贡献表格发送它,并将其与其他在想法雷达上的想法进行比较。 相关页面: 农用光伏 分享农田而不是水,以及 小型和管内水电 从已经流动的水中获取能量。

来源

1. 金,Y.,胡,S.,齐格勒,A.D.等人 (2023). 全球水库上浮动太阳能光伏发电的能源生产和节约用水。 自然可持续性 6, 865-874.
2. 阿里、阿拉伯、阿尔及利亚、马来西亚、泰国、越南。 (2021). 浮动光伏在两个不同气候区的冷却效果:荷兰和新加坡现场测试数据比较。 Solar Energy 214, 239-247.
3. 拉马萨米，V. 和Margolis，R. (2021). Floating photovoltaic system cost benchmark: Q1 2021 installations on artificial water bodies. NREL/TP-7A40-80695.
4. 世界银行集团,ESMAP和SERIS(2018年 ) 。 太阳与水相遇:浮动太阳能市场报告,执行摘要.
5. 埃克斯利,G.,赫尔南德斯,R.R.,页面,T.等人。 (2021). 科学和利益攸关方循证评估：生态系统对浮动太阳能光伏的反应及其对可持续性的影响。 可再生能源与可持续能源评论 152, 111639.
6. Ember (2025). 2025年全球电力评论:低碳能源在2024年将占世界电力的40.9 % ( 12,609兆瓦时 ) , 意味着总量约为30,800兆瓦时。
7. 郑，C. (2021). 新加坡第一个大型太阳能浮动农场在Tengeh水库开业。 The Straits Times, 14 July 2021.
8. AFP (2023). Jokowi为东南亚最大的浮动太阳能电厂揭幕. The Jakarta Post, 9 November 2023.
9. 印度时报(2024年)。 风暴破坏了世界上最大的浮动太阳能发电厂在中央邦, 12 四月 2024.
10. Bloomberg (2023). Floating solar panels turn old industrial sites into green energy goldmines, 3 August 2023.
11. Lazard (June 2026). 能源成本的平衡,版本19.
12. Local Solar System 基金会(2026年)。 风扇墙:开放式模型,屋顶太阳能基准。