北極星太陽能光伏網訊:能源與環境問題是影響世界經濟和社會可持續發展的重要問題。工業革命以來，對能源的消耗需求越來越大，石油、天然氣和煤炭等化石能源的消費劇增，產生了「溫室效應」和霧霾等各種環境問題。生態環境保護壓力日趨增大，迫使世界各國必須認真考慮並採取有效的應對措施，開發利用各種可再生能源已成為世界各國的發展戰略。太陽能屬於可再生能源的一種，具有儲量具大、永久性、清潔無汙染、可再生、可直接開發利用等優點，因此成為目前人類所知可利用的最佳能源選擇。以矽材料的應用開發形成的光電轉換產業鏈條稱為光伏產業，光伏產業具有清潔、安全、穩定、高效等優異特點，已成為世界各國普遍關注和國際能源競爭的新興產業。
（來源：微信公眾號「光伏領跑者創新論壇」）
隨著全球可持續發展戰略的實施，在各國政府的推動下，近年來光伏發電技術開發利用規模快速擴大，技術進步和產業升級加快。光伏產業在飛速發展，但其進一步的發展受到了有限的土地資源的限制。傳統地面光伏電站存在布局分散，永久性土地佔用面積大等缺陷。將光伏組件架設在水面漂浮式基臺上的漂浮式光伏電站是近幾年提出的電站建設新方式之一。水面漂浮式光伏發電站技術是一種全新的光伏發電技術，克服了傳統地面光伏電站存在的土地制約因素。
漂浮式光伏電站將光伏發電組件安裝在水面漂浮體上，具有不佔用土地資源，減少水量蒸發，漂浮體遮擋陽光抑制藻類生長的作用，同時水體對光伏組件及電纜的降溫冷卻可明顯提高發電效率。
2017 年國內已經有幾個大型的水面漂浮項目建設完成，其中主要採用的浮體材料為 HDPE高密度聚乙烯 。高密度聚乙烯本身具有足夠的韌性、強度、耐腐蝕性及耐溼性，是最具潛力的浮體材料。目前水上光伏電站的設計壽命為25年甚至更久，作為水上光伏電站的重要支撐平臺，浮體架臺是關係到 整個光伏電站能否正常運行發電的重要環節。浮體材料的安全性和可靠性是生產企業和使用單位 最為關注的問題。但目前對於 HDPE浮體材料，國內國外並沒有相應的檢測標準發布。因此，本文就 水上光伏用HDPE浮體材料的安全性和可靠性檢測方法做一些探討，為光伏企業和浮體材料生產企業提供建議和參考。
1HDPE浮體材料安全性檢測方法
作為支撐平臺，所有浮力、結構受力均由 HDPE 浮體提供和承載，為了保證浮體材料能夠達到安全使用的要求，其檢測主要包括材料的基礎性能測試和環保性測試兩方面。
1 HDPE浮體材料的基礎性能
材料的基礎性能包括物理性能、力學性能和熱 性能等，其反映了材料是否達到相應的使用要求， 從而保證安全性。HDPE浮體材料的基礎性能測試方法如下
1. 1 密度
按 GB / T 1033. 1 － 2008《塑料 非泡沫塑料密度的測定 第1 部分 浸漬法、液體比重瓶法和滴定法》中A法的規定進行，試樣質量大於1g，試樣製備推薦厚度 4mm。
1. 2 吸水性
按 GB/T1034－ 2008《塑料 吸水性的測定》中方法 123℃ 水中吸水量的測定進行。
1. 3 耐環境應力開裂
按 GB/T 1842－ 2008《塑料 聚乙烯環境應力開裂試驗方法》進行，試樣製備按照其表 1進行，試驗條件為其表2中條件B，耐環境應力開裂時間F50應大於 5000h。
1. 4 拉伸強度和斷裂標稱應變
按 GB/T1040. 3－ 2006《塑料拉伸性能的測定 第 3部分 薄膜和薄片的試驗條件》進行，試樣為5型，厚度1mm，試驗速度50mm/min。試樣應為粒料壓塑成片狀後，使用切割或衝切方法製備。
1. 5 拉伸彈性模量
按 GB/T1040. 2－ 2006《塑料拉伸性能的測定第 2部分 模塑和擠塑塑料的試驗條件》進行，試樣為1B型，厚度4mm，試驗速度1mm/min。試樣應為粒料壓塑成片狀後，使用切割或衝切方法製備。
1. 6 彎曲彈性模量、彎曲強度
按 GB/T9341－ 2008《塑料 彎曲性能的測定》進行，試樣尺寸取80mm×10mm×4mm，試驗速度 2mm/min。
1. 7 懸臂梁缺口衝擊強度
按 GB/T 1843－ 2008《塑料 懸臂梁衝擊強度的測定》進行，試樣採用 A型缺口，試樣製備推薦粒料注塑。
1. 8 邵氏硬度
按 GB / T 2411－2008《塑料和硬橡膠使用硬度計測定壓痕硬度邵氏硬度 》進行，試樣厚度 4mm，用D型硬度計測定硬度，15秒讀數。
1. 9 低溫脆化溫度
按 GB/T5470－ 2008《塑料 衝擊法脆化溫度的測定》中通過法進行，低溫脆化溫度應≤ － 70℃ 。
1. 10 熔體質量流動速率
按 GB/T3682. 1－ 2018《塑料 熱塑性塑料熔體質量流動速率 MFＲ 和熔體體積流動速率 MVＲ 的測定 第 1部分 標準方法》中方法 A進行，試驗溫度 190℃ ，標稱負荷 2. 16kg。
1. 11 維卡軟化溫度
按 GB/T1633－ 2000《熱塑性塑料維卡軟化溫度 VST的測定》中 A120法進行。
1. 12 氧化誘導時間、氧化誘導溫度
按 GB / T 19466. 6 － 2009《塑料差示掃描量熱法
DSC第6部分氧化誘導時間 等溫 OIT和氧化誘導溫度 動態 OIT的測定》進行。
2 HDPE浮體材料的環保性能
浮體材料是直接置於水中的，出於對環境保護的考慮，其應保證不汙染和影響水體環境。為確保 HDPE 浮體材料不向環境釋放有毒有害物質，其環保性能檢測方法可按 GB / T 26572 －2011《電子電氣產品中限用物質的限量要求》中均質材料的規定進行。其中的有害物質，鉛、汞、六價鉻、多溴聯苯和多溴二苯醚的含量不得超過0. 1% 質量分數，鎘的含量不得超過0. 01%質量分數 。
2 HDPE浮體材料可靠性檢測方法
可靠性測試是為了評估產品在規定的設計壽命內 在預期的使用、運輸或儲存條件下，保持功能可靠性而進行的活動。浮體是水上承載結構的主體，通常使用在江河湖泊或海水中，長期受到日光照射、酸性或鹼性介質的侵蝕，會極大地考驗材料的性能。如何確保浮體材料的可靠性和耐久性，我們結合浮體材料的使用環境和性能要求，主要從耐光老化性能、耐液體腐蝕性能和耐溫溼度老化性能這幾個方面來展開討論測試方法。
2. 1 耐光老化性能
耐光老化主要是模擬材料在戶外受到的太陽光照的情況，是表徵材料可靠性的重要因素。而陽光中的紫外線是造成材料光降解和光老化的主要原因，因此我們選取螢光紫外燈人工加速老化來測試浮體材料的耐光老化性能。
耐光老化性能測試可按 GB/T16422. 3－ 2014《塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分螢光紫外燈》進行，測試條件選取標準中表4的第1個循環條件，條件如下光源UVA－340燈，輻照度0.76±0.02W/ m2·nm 340nm，黑標溫度60℃±3℃下光照乾燥8h，黑標溫度50℃±3℃下黑暗冷凝4h。推薦測試時間 4000h。4000h 後測試拉伸斷裂應力、斷裂標稱應變和懸臂梁缺口衝擊強度，其性能保持率不低於 80% 試樣外觀應無明顯變色、裂紋和脫皮現象。
2. 2 耐液體腐蝕性能
「腐蝕」是物質的表面因發生化學或電化學反應而受到破壞的現象。浮體材料長期浸泡在水中， 故其耐液體腐蝕性能尤為重要，其測試方法詳見表 1。
2. 3 耐溫溼度老化性能
耐溫溼度老化主要是測試材料抵抗不同的溫溼度變化的能力。耐溫溼度老化的測試方法見表2。
3 結語
自從 2011 年美國《科學時報》報導了水上光伏電站的應用，日本及中國等國家開始著手推進水上光伏電站的應用實踐。水上光伏的的各項技術仍未成熟，如何讓光伏系統在浮體上安全可靠的運行 25 年甚至更久，是水面光伏行業發展的重要課題。目前浮體材料的相關產品標準和檢測標準在國內外均處於缺失狀態，HDPE作為最具實用性的浮體材料，本文整理和總結了為保證浮體材料 HDPE 安全性和可靠性的測試項目和具體試驗條件。水上光伏行業應匯聚各方力量，儘快出臺浮體材料相關標準，為水上光伏的應用和發展奠定技術基礎。
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