2014 年，漂浮式太陽能發電裝機容量僅為 10MW，到 2020 年已超過了 1.1 GW，增長了 100倍。漂浮式太陽能為行業利益攸關方提供了全新選擇，有助于節省寶貴的土地資源，用于其他開發用途。但是，在水上安裝太陽能光伏板并非易事，需要先進的技術加持。DNV GL 旗下的 GreenPowerMonitor (GPM) 公司是漂浮式光伏電站解決方案領導者。它與 Moxa 合作開發的集成解決方案成為漂浮式光伏電站高效運維的重要助力。
案例概覽
覆蓋全球，惠及當地
隨著太陽能、風能和水力發電的不斷興起，可再生能源產業迎來了關鍵發展時機。據國際能源署的統計，2020 年第一季度，可再生能源在全球發電中的份額躍升至近 28％。在過去幾年中，漂浮式太陽能技術是最被大眾看好的創新技術之一。
漂浮式太陽能也被稱為漂浮式光伏，是指將太陽能板安裝在水域的浮體平臺上。水可為光伏板降溫，因此，與安裝在陸地上的太陽能電站相比發電效率更高。GPM 亞太區總經理 Albert Carrera 解釋說：“每當溫度超過?25℃，光伏板的效率就會下降。”。漂浮式太陽能電站特別適合土地面積有限但電力需求高，同時亟需節水的區域。例如灌溉水庫、水電大壩、水處理設施、尾礦池，甚至是養殖池塘。光伏板還會為這些水域帶來多重益處，例如，減少水體富營養化、抑制藻類生長、保護水源，以及更好地利用水資源。將漂浮式光伏發電與水力發電相結合，形成混合系統，因能充分利用現有電力傳輸基礎設施、靠近需求市場、發電量提高等而更具優勢。
漂浮式光伏為提升太陽能發電能力創造了新的機會，對于人口密度高、可用土地緊缺的國家尤其如此。當前，中國大陸、臺灣、日本和韓國等國家和地區的漂浮式太陽能電站裝機總量達到 2,400MW，可為 24 萬戶家庭提供充足的電力。數據顯示，僅在短短六年內，全球漂浮式太陽能的裝機容量就增長了 100 倍。據估計，在全球范圍內，僅在人工和天然內陸水域中建造漂浮式太陽能電站就具有高達 4 TW 的潛在總容量。
漂浮式光伏發電與水力發電相結合的優勢
● 充分利用現有傳輸基礎設施
● 更好地應對太陽能的多變性
● 提高發電量
● 靠近需求市場
● 滿足需求的水源充足
技術挑戰
風、水和野生動植物 —— 運維挑戰重重
雖然漂浮式光伏電站潛力巨大，發展前景良好，但也面臨重大挑戰。第一大挑戰就是建設經久耐用的光伏電站。這與在地面上建設太陽能發電場不同，需要考慮多種特殊因素，例如安裝光伏樁的正確位置，如何將光伏樁固定在水底，以及如何處理系泊問題。第二是運維方面的挑戰。Carrera 指出：“它不像地面太陽能發電場那樣方便運維。傳感器和光伏電池板都安裝在島嶼上，對維護工作造成特殊挑戰。”因此，運維工作需要由經過資格認證的人員進行。運維人員可能需要乘船前往遠離陸地的浮臺或島嶼上開展工作。另外，由于必須要確保運維人員的安全，天氣也成為這項工作的限制因素。例如，需要監測風力載荷，避免強風作業。由于周圍環境不穩定且不可預測，Carrera 表示：“你必須會游泳，以防溺水。”
傳感器和光伏電池板都安裝在島嶼上，對維護工作造成特殊挑戰。
如果缺少 IIoT 技術，電站將只能依靠例行檢查，由值班員工每天到現場對所有設備進行檢查。不管設備狀況如何，這些例行檢查都將成為固定支出。進行例行檢查，或者為換取合適維修工具而往返于岸邊與部署站點之間，往往會耗費很多時間。如果發生意外的電壓跌落，且在岸上無法確定其原因和位置，檢查人員就必須檢查每一個浮動模塊，直至找到故障模塊。整個過程就如同大海撈針，既漫長又乏味。
另外，濕度大、鹽分高的環境易引起腐蝕，因此板載電子設備的使用壽命會大大縮短。這些挑戰令部署 IIoT 技術成為必需，從而提升運維工作的效率和安全性。
解決方案
生態與技術的完美結合 —— 讓板載設備管理簡便易行
迄今為止，GPM 在超過 72 個國家和地區管理著超過32 GW 的可再生能源（太陽能、電能儲存和風能）。憑借在可再生能源領域的豐富經驗，GPM 致力于為漂浮式太陽能行業設計解決方案，以應對運維人員面臨的多重挑戰。遠程監測并解決問題的技術是助力運維人員應對前述挑戰的最佳方法。例如，通過使用傳感器、智能分析和監控，可減輕運維人員的負擔，保障設備持續正常運行。
GPM 已為幾十座漂浮式太陽能電站提供了設備管理解決方案，采用 IIoT 互聯技術，讓電站所有者能通過 GPM SCADA 平臺實時監控發電及設備狀況，并在設備出現故障時進行維護檢查。GPM SCADA 平臺也集成操作票 (ticketing) 功能，運維人員能以此追蹤所有設備活動和服務申請。該功能組件可直接與報警系統連接，并自動生成通知單，以實現無縫維護。
GPM 平臺的另一優勢在于集成傳感器，用于收集數據并分析比較地面太陽能電站與漂浮式太陽能項目的優劣。Carrera 表示：“有了這些數據，電站所有者就能在漂浮式和地面太陽能項目間做出更好的投資選擇。”除此之外，通過比較不同情況下的設備功能，GPM 能開發出新型機器學習算法，讓電站所有者預先確定潛在故障率，并對設備進行預測性維護，以避免永久性損壞。如濕度增加會導致設備內部溫度升高，設備使用壽命可能因此大大縮短。新型機器學習算法能幫助電站所有者預測潛在故障，在濕度即將到達設定值時發出警告，并自動觸發防范措施。
解決方案
合作的力量 —— 不懼嚴苛環境，化挑戰為機遇
GPM 通過與 IIoT 互聯硬件技術伙伴 Moxa 合作，為客戶提供綜合性解決方案。事實證明，Moxa 通訊及計算設備，即使部署于嚴苛環境，如戶外水體中，也始終可靠耐用。安裝于漂浮式光伏板上的設備都要經受陽光的直接照射，因此必須采用耐高溫設計。Moxa 通訊及計算設備可在高達 75℃的環境下作業，保證運行順暢、不受干擾。一直以來，Moxa 憑借經久耐用的高品質產品和對客戶的堅定承諾享譽業內。Carrera 談到：“雖然水和電是一對天生冤家，但我們在光伏島項目上從未遇到任何設備問題，這多虧了 Moxa 的產品，他們無可替代。”有了 Moxa 的支持，GPM 才能更好地兌現向客戶提供長期服務的承諾。Carrera 進一步指出：“目前我們取得的成果，離不開與硬件技術伙伴Moxa 的合作。我們相信，與 Moxa 的伙伴關系是我們未來成功的關鍵。”
過去十年里，GPM 一直與 Moxa 合作，為全球客戶提供高質量硬件設備。兩家公司已合作超過2,000 個項目，其中包括日本和歐洲的 15 個漂浮式太陽能光伏裝置。GPM 解決方案集成了 Moxa硬件產品及數據互聯技術，包括：用作數據記錄器的 Moxa UC 系列工業無風扇計算機、用于讀取變電站傳感器信息的 ioLogik I/O 系列產品，以及 EDS 系列網管型以太網交換機。EDS 系列采用 Turbo Ring 自愈冗余技術，構建可靠網絡，經由光纖將數據傳輸至逆變器等電力資產。GPM 也定期與 Moxa 分享信息，為 Moxa 開發適用光伏太陽能電站的新產品及新功能提供建議。
“我們相信合作的力量。Moxa 是我們的關鍵合作伙伴，幫助我們為客戶提供定制化解決方案。”
Albert Carrera
GPM 亞太區總經理
合作成果
未來可再生資源的完美融合
強大的硬件、高效的運維及先進的技術解決方案三者結合，顯著提高了電網中可再生資源，尤其是漂浮式太陽能電力的比例。這項太陽能和水能的完美融合將極大造福地球，能為土地稀缺的地區創造清潔能源。
此外，Carrera 提到：“建立漂浮式太陽能電站會創造環境效益，因為漂浮能源島可以減少水資源蒸發，這一點尤其有利于易受干旱影響的地區。另外這項技術還能減少有毒藻類的大量繁殖。”
GPM 綜合性解決方案幫助電站建造者和所有者應對技術挑戰，解決漂浮式太陽能電站的安裝、使用和護難題。借助大量安裝經驗，GPM 也在不斷改進解決方案，比如，GPM 通訊和監控功能經過長期發展，能選擇合適的轉換器（帶有太陽能過濾功能）和協議，以最大程度降低通訊噪音。
GPM 也與其母公司 DNV GL 合作，參與了一個聯合工業項目 (JIP)，該項目邀請漂浮式太陽能業內人士，共同分享經驗和最佳實踐，以進一步完善安裝技術。Carrera總結道：“我們相信，該聯合工業項目產生的最佳實踐，將是推動漂浮式太陽能產業發展的一大助力。”展望未來，GPM 將繼續促進混合能源及太陽能等系統的發展，并與不同的團隊合作，增強每一種發電能源的優勢。
“我們相信，該聯合工業項目產生的最佳實踐，將是推動漂浮式太陽能產業發展的一大助力。”
Albert Carrera
GPM 亞太區總經理
