水上PV電站整體設(shè)計(jì)研究

尚榮

摘 要 現(xiàn)階段部分地區(qū)因?yàn)殡娏鬏數(shù)韧庠跅l件的影響，PV（photovoltaic，光伏）電站建設(shè)受到一定程度的制約。而水上PV電站建設(shè)由于其本身較強(qiáng)的特性，所以近年來逐漸被PV電站開發(fā)、設(shè)計(jì)人員所重視?；诖耍恼聦⒁运螾V電站整體設(shè)計(jì)研究作為主要目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上予以深入的探究，相關(guān)內(nèi)容如下所述。

關(guān)鍵詞 水上光伏;電站;設(shè)計(jì)

1水上PV電站的建設(shè)要點(diǎn)

水上PV電站的建設(shè)過程中需要考慮多種因素，其中資源、發(fā)電量、設(shè)備選型和基礎(chǔ)形式是最為重要的四個(gè)要素。

（1）資源。我國水面資源分布以南多北少為典型特征，其中湖泊總面積為9.1萬平方公里，養(yǎng)殖水面1.2億畝，8.6萬座水庫的水面總面積3843萬畝，這些水面都具備一定的光照資源，具備一定的水上PV開發(fā)潛力。

（2）發(fā)電量。水上PV的發(fā)電量是影響水上PV電站規(guī)劃和建設(shè)的重要因素之一。與傳統(tǒng)的地面PV電站相同的是，水面PV發(fā)電量仍然受傾斜面上的輻射量（地區(qū)輻射量、組件傾斜角度）、系統(tǒng)系統(tǒng)效率、組件衰減等因素影響，同時(shí)，區(qū)別于傳統(tǒng)地面PV電站的是，水上PV發(fā)電量還受溫度和水面發(fā)射率等因素的影響。由于水域比熱比陸地大得多，因此當(dāng)水陸接收到相同的太陽熱量時(shí)，水體的氣溫變化必將小于陸地，而且太陽輻射可透入較深的水層，水體的亂流混合作用較強(qiáng)，使得水體吸收到的太陽輻射相對均勻地分布于上下各層次。這就大大緩和了氣溫的日變化和年變化，使得冬季水體暖于陸地，而夏季涼于陸地。因此，夏季水體對PV組件的冷卻效應(yīng)，能夠從根本弱化組件外層的溫度，因此深化發(fā)電率。冬季輻射量處于低值，水溫會(huì)超過陸地，水溫對PV發(fā)電的影響并不明顯。水上PV電站中，水面的反射率也影響到水上PV發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。PV組件傾斜面上的輻射系數(shù)會(huì)受到陽光散射輻照、直接輻照以及反射輻照系數(shù)的影響。其中，反射輻照和反射系數(shù)為正相關(guān)，反射系數(shù)越高，其反射輻照系數(shù)也隨之增加。

依附于大量水、陸PV電站比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，較之屋頂與陸地，通過同樣角度設(shè)置的電池板，水上PV發(fā)電系數(shù)能夠提高百分之十五左右。日本兵庫縣于2014年4月～2015年3月期間在小野市凈谷町的凈谷新池水面上，就輸出功率為40kW的浮體式PV發(fā)電設(shè)備實(shí)施了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。5月下旬公布了實(shí)驗(yàn)結(jié)果：較之屋頂以同樣角度設(shè)置的電池板，發(fā)電量提高了14%。不同基礎(chǔ)形式的水上PV電站中，打樁式和浮體+支架+電池板均可調(diào)節(jié)最佳傾角獲得最大的發(fā)電量。而對于浮體+電池板類型的水上PV電站，傾角為10～20°，并不滿足最佳傾角。由于水上PV主要集中在中東部、南部地區(qū)，最佳傾斜角度偏低，角度對于水面系統(tǒng)發(fā)電量的影響不大，更多的影響因素是水體的水冷效果[1]。

2水上PV電站設(shè)備選型

水上PV電站包括PV組件、逆變匯流箱、浮體等主要部分。

（1）PV組件。一般采用散熱快、溫差小的雙玻組件。雙玻組件沒有金屬邊框，耐腐蝕，同時(shí)還可以抗PID衰減。

（2）逆變匯流箱。地面系統(tǒng)PV逆變器室中防護(hù)級配相對偏低，通常為IP20，室外則以IP54防護(hù)級配為主。水上PV電站逆變器盡可能以IP65級配為主。對于水域情況復(fù)雜，則要采用IP67級配。匯流箱一般系統(tǒng)大多以IP65為主，水上PV發(fā)電系統(tǒng)盡可能采用IP67級配。值得注意的是，水上PV電站匯流箱、逆變器要求高，應(yīng)采用水上專用逆變器，加強(qiáng)維護(hù)。

（3）浮體。水上PV電站中，浮體的選擇要求具備耐腐蝕、抗紫外線、抗凍脹、抗風(fēng)浪、壽命長、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，但實(shí)際中，大多數(shù)浮體都有易燃及紫外線分解等特性，支架易腐蝕的特點(diǎn)。為解決這一問題，水上PV電站的浮體通常選擇對高密度聚乙烯浮體進(jìn)行處理防止降解，防火，并加強(qiáng)支架防腐[2]。

3水上PV電站基礎(chǔ)形式

水上PV的基礎(chǔ)分為樁柱式和漂浮式兩種類型。樁柱式水面PV電站的組件主要用作支架的支撐，將支架安裝在樁上，樁放置在水中。此方式適用于潛水池。具有便捷、施工速度快，等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)為船運(yùn)維護(hù)，水深太大提高投入資金。同時(shí)其預(yù)制管樁、端頭制作PV支架系統(tǒng)。樁徑要依附于工程的實(shí)際環(huán)境予以進(jìn)一步的明確。

樁柱式水上PV電站的匯流箱安裝于PV支架背面。組串式逆變器安裝于PV支架上，集中式逆變器根據(jù)距離安裝于岸邊或者水上平臺上。箱變則根據(jù)距離安裝于岸邊或者水上平臺上。水體深度較大的湖泊，通過塑料浮體支撐電池板與設(shè)備，同時(shí)將浮體放置在岸邊與水底。按型式分為兩種：浮體+支架+電池板和浮體+電池板。浮體+支架+電池板的水上PV電站通過設(shè)計(jì)合理的浮體。具有可以按最佳傾角進(jìn)行布置，可以提高發(fā)電量等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是用鋼量及浮體用量大。浮體+電池板的水面PV電站通過設(shè)計(jì)合理的浮體，其優(yōu)點(diǎn)是有用鋼量少，減輕浮體上重量，安裝、維護(hù)方便。缺點(diǎn)是電池板傾角受浮體限制（一般不超過20°），無法達(dá)到最佳傾角，影響發(fā)電量。浮體允許隨水位變化，但應(yīng)防止其碰到岸邊，故需根據(jù)浮體離岸距離、水深等確定固定浮體的方式：用繩索將浮體固定于岸邊，適用于距離岸邊較近的浮體[3]。

4結(jié)束語

綜上所述，我國水面資源分布以南多北少為典型特征，其中湖泊總面積為9.1萬平方公里，養(yǎng)殖水面1.2億畝，8.6萬座水庫的水面總面積3843萬畝，這些水面都具備一定的光照資源，具備一定的水上PV開發(fā)潛力。水面PV發(fā)電量仍然受傾斜面上的輻射量（地區(qū)輻射量、組件傾斜角度）、系統(tǒng)系統(tǒng)效率、組件衰減等因素影響，同時(shí)水上PV發(fā)電量還受溫度和水面發(fā)射率等因素的影響。由于水上PV電站不占用農(nóng)業(yè)和采礦資源的土地，考慮水冷效果，發(fā)電量同比提高10%～14%，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因此具備水上PV電站建設(shè)條件的區(qū)域可大力開發(fā)水上PV發(fā)電產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳東坡.我國水上PV電站的新機(jī)遇、新發(fā)展和新挑戰(zhàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2017，24（5）：3-5.

[2] 高赟，趙娜，賀文山，等.水上PV電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性分析[J].太陽能，2017（6）：18-22.

[3] 王方毓.水上太陽能PV電站的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2017（10）：76-77.