山地光伏電站關鍵設計技術研究

任 龍

（永靖國能光伏發(fā)電有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

近年來，隨著國民經濟不斷發(fā)展，我國電能消耗量逐漸增大，對發(fā)電行業(yè)提出了更高要求。與此同時，隨著綠色發(fā)展理念的提升，發(fā)展以太陽能為代表的清潔能源，改變能源結構便顯得至關重要。目前，太陽能光伏發(fā)電站因其綠色環(huán)保、生產簡單受到人們越來越廣泛的關注。我國光伏產業(yè)起步相對較晚，光伏發(fā)電工程還存在關鍵技術標準不規(guī)范、技術應用面較窄、光伏閑置率較高等一系列問題。對此，本文分析探討了進山地光伏電站關鍵設計技術應用的策略，這對山地光伏電站建設更好地應用關鍵設計技術具有積極現實意義。

1 山地光伏電站的特點

1.1 地形復雜光伏組件集電線路布置難度大

山地光伏電站具有地形復雜、光伏組件及集電線路布置難度大的特點。山地光伏電站場地大多地形較為復雜，地表并不平坦，朝向各不相同，部分場地中還伴有小型的水沖溝或高原巖石芽殘丘；由于山地地形較為復雜，相比較地勢平坦的地區(qū)，在山地上建立光伏電站，工作流程煩瑣復雜，工作人員需要花費較大的精力來布置支架，且布置的支架并不能集中在一起。而且，復雜山地光伏電站中光伏發(fā)電單元較為分散，受到地形條件限制，合理、節(jié)約布置場區(qū)集電線路難度較大，容易導致項目區(qū)集電線路較長，線損較大。

1.2 設計施工周期短項目管理協調難度大

山地光伏電站設計及施工期間，施工人員所花費的時間比較短，但施工項目協調內容比較多，協調困難度較高。山地地勢并不平坦，山坡比較多，所以為了使地表保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，一般情況下工作人員都是直接根據現有的地形進行設計和施工，這就增加了施工難度和施工安全風險發(fā)生概率。例如，光伏組件屬于精密器件，在施工時要避免被擠壓和碰撞。所以，在施工過程當中，管理人員需要采取更多的措施來保持施工人員人身安全，確保機械設備安全運行，從整體上來說，難度較大。

1.3 限制因素較多建設方案易反復

山地光伏電站具有限制因素較多、建設方案易反復的特點。光伏電站建設所占用的山地范圍比較廣，需要涉及多個領域，如林業(yè)、環(huán)保等。所以，一般在項目施工前提，施工單位需要將施工方案交由林業(yè)、環(huán)保等部門進行審核，待審核通過后才能進行下一步計劃。而且，在項目施工過程中，經常會出現居民耕地被征用或租用的情況，由于征地補償、當地風俗等因素影響，經常會出現建設征地工作開展不力，從而直接導致光伏電站建設方案反復調整。

2 山地光伏電站關鍵設計技術應用

2.1 光伏組件布置間距控制技術的應用

光伏組件布置間距控制這一關鍵技術，是建立在3S 空間分析基礎上的。通過使用3S 空間分析技術，工作人員更好地完成光伏電站場地地形因子分析，并根據地形特征合理分配光伏組件，解決光伏組件間距布置范圍過廣、占地面積過大的問題。不僅如此，基于“3S”技術的組件布置，其誤差大大減小，在提升光伏電站發(fā)電效率上有著突出的作用。以永靖縣“十四五”第一批光伏發(fā)電項目為例。項目中，光伏組件采用豎向布置的方式，排布方式為2 行13 列，支架單元數量為12 107 組，共安裝540 W 光伏組件8 452 組，535 W光伏組件3 655 組。

2.2 鉆孔錨桿灌注樁基礎技術的應用

不同于常規(guī)鉆孔裝置，鉆孔錨桿灌注樁基礎這一關鍵技術可以展開支架基礎的鉆孔任務，促使支架基礎設計任務順利完成。山地地形復雜，有的山地地區(qū)地表風化較為嚴重，土層并不穩(wěn)定，這樣設計好的支架基礎容易晃動，影響施工安全，而鉆孔錨桿灌注樁基礎技術更能適應山地地形環(huán)境。工作人員可以使用空壓手風鉆完成鉆孔任務，而且鉆孔速度還比較快，鉆孔程序較為簡單。不僅如此，使用鉆孔錨桿灌注樁基礎這一關鍵技術還能有效節(jié)約施工成本，提高施工效率。所以說，鉆孔錨桿灌注樁基礎這一關鍵技術既能快速地完成鉆孔任務，又能促使支架基礎更加穩(wěn)定，降低山地光伏電站建設成本。

2.3 集電線路布置技術的應用

集成線路布置技術適應山地地區(qū)地形的復雜性特征，將其應用到山地光伏電站設計和建設當中，不但可以節(jié)約電纜用量，而且還能有效控制建設成本，促使施工效率的提升。事實上，山地光伏電站地形復雜，坡多路險，地勢坎坷不平，這給工作人員布置逆變器、箱變等任務增加了更多難度。而且，在山地光伏電站設計及建設過程中，集電線路、電纜用量等也是控制工程施工成本的主要要素，而通過應用集成線路布置技術可以實現這一目的。工作人員可以使用電纜溝穿越陣列、直埋電纜及電纜槽盒結合的方式來控制電纜用量，進而達到節(jié)約建設成本的目的。以永靖縣“十四五”第一批光伏發(fā)電項目為例。該項目在遵守《光伏發(fā)電工程電氣設計規(guī)范》的基礎上，結合地形特點、光伏電站裝機規(guī)模等各項因素，采用架空和鋁合金電纜混合方案，全線設8 回35 KV 集電線路，每回集電線路接6 臺箱變，全線采用單、雙回路混合架空的方式走線。這期間，工作人員主要采用電纜線路匯集，電纜溝、穿管敷設的方式來控制電纜用量。

2.4 滑動可調型光伏支架技術的應用

在支架施工的測量環(huán)節(jié)，工作人員操作失誤，使得測量數據和實際數據不一致，容易出現支架基礎偏離原定計劃位置的情況。如果偏離不大則對工程安全影響較小，但是山地地區(qū)的復雜地形會加大此誤差的產生。針對這種情況，工作人員可以使用滑動可調型光伏支架這一關鍵技術，在支架基礎上設置可滑動的調孔。當支架基礎發(fā)生偏離時，通過轉動連件、調節(jié)螺栓在支架斜梁位置，可以修復支架基礎偏離導致的支架立柱位移，從而確保支架立柱和斜梁的連接在規(guī)定之內，保證支架安裝既穩(wěn)定又安全，這也是山地光伏電站工程項目施工的重要內容。

3 山地光伏電站關鍵設計技術應用中面臨的困境

3.1 山地地形復雜施工難度大

目前，山地地形復雜施工難度大是山地光伏電站關鍵設計技術應用中面臨的主要困境之一。我國北方山地地形主要表現為沙地化、荒漠化以及石漠化，這些地區(qū)地表起伏較大，小區(qū)域內朝向也不相同，且局部還存在沖溝、殘丘等小地形，這導致供光伏電站修建的場地較為破碎與分散?；谏降氐匦蔚膹碗s性這一特征，為了在山地上順利修建光伏電站，一般需要考慮較多的基礎設施布置，比如，支架如何布置、立柱怎么搭建、系統流程怎樣布局等。除此之外，還要考慮如何與自然狀況更加合理地搭配，這些都會增加山地光伏電站施工難度。

3.2 支架及支架基礎設計難度較高

當前，支架及支架基礎設計難度較高是山地光伏電站關鍵設計技術應用中面臨的主要困境之一。由于山地地形較為復雜，所以要想在山地上修建光伏電站，搭建基礎支架是前提。而且，由于山地開發(fā)并不完全，地表上長著許多植物和荒草，一定程度上來說，這種地形為山風的形成提供便利的條件。這種情況下，如果按照平地支架設計要求去執(zhí)行的話，那么搭建的支架將很容易被損毀，影響整個項目的有序進行。另外，山地地形結構并不單一，一般的履帶式鉆孔設備不能完成地表鉆孔工作，通常需要工作人員手動操作，這增加了支架及支架基礎建設難度。

4 推進山地光伏電站關鍵設計技術應用的策略

4.1 注重技術創(chuàng)新克服施工困難

注重技術創(chuàng)新，通過運用三維、3S 等高新技術，創(chuàng)新支架及支架基礎設計，有效克服山地光伏電站施工困難，保證了山地光伏電站工程項目質量。第一，應用光伏組件布置間距控制技術。山地光伏電站地形條件復雜多變，為滿足冬至日6 h 無遮擋這一行業(yè)標準要求，工作人員在設計光伏電站時，可以在3S 空間分析的技術基礎上，搭建光伏支架規(guī)格參數聯合分析指數。通過該指數，可以更精確地分析山地地形坡度、坡向等指標數據，再定量分析計算生成光伏陣列間距分布圖譜。這樣一來，工作人員可以根據得到的光伏陣列間距分布圖譜，合理設計并控制光伏組件布置間距，避免占地面積過大，提升光伏陣列布置工作效率。第二，應用鉆孔錨桿灌注樁基礎技術。山地地形復雜，常規(guī)的履帶式鉆孔設備無法展開工作，一般需要人工操作，這就增加了支架及支架基礎建設難度。針對這種情況，工作人員可以應用鉆孔錨桿灌注樁基礎這一關鍵技術。通過應用這種基礎形式的設備，可以大大提升施工便捷性，還能更好地適應山地地形條件，保證工程質量和進度。

4.2 合理選擇支架及基礎設計方法

在進行山地光伏電站支架基礎設計時，要結合實際情況，合理選擇支架及支架基礎設計方法，是較為重要的基礎內容。由于山地地區(qū)和平原地區(qū)的地形條件有很大不同，因此其各自的支架設計強度要求也應當區(qū)分開來。工作人員在設計山地光伏電站支架基礎過程中，應當先勘查現場山地地形特點。通過運用相關技術設備，經過實地測量，了解山地地形的基本要素，如坡度、山風規(guī)模及強度、其他自然氣候要素等?；玖私猬F場的氣候、地形等指標數據之后，再從綜合角度考慮，制定合適的支架設計強度標準。在此基礎上，工作人員結合支架設計強度標準要求，選擇合適的支架及基礎設計方法，這樣設計出的支架也能適應山地氣候，確保支架穩(wěn)定、安全，保證山地光伏電站工程質量。

4.3 制訂科學山地光伏電站施工方案

在山地地區(qū)修建光伏電站，前期施工準備工作量比較大。如果前期施工準備不充分，那么不但會影響整體施工部署，而且還會帶來不同的安全、質量以及工期隱患。針對這個問題，工作人員在工程施工之前，要因地制宜，制訂科學的山地光伏電站施工方案。以光伏組件選擇這一環(huán)節(jié)為例。山地光伏電站通常建在交通較差的山區(qū)，運輸、安裝條件差，大型運輸設備難到達場地。加之電站占地面積較大，站內交通較差，存在大量二次搬運，尤其是設備的安裝需要依靠人力來完成。所以，工作人員要考慮到這些要素，在選擇光伏組件時，要確保人力能夠承擔得起光伏組件尺寸大小和重量。同時，選擇光伏組件之后，還要根據光伏組件的具體參數，考慮需要的搬運人數、花費的搬運時間等要素，制訂一個合理的方案，提高安裝效率，降低建設成本。

5 結語

綜上所述，光伏組件布置間距控制技術、鉆孔錨桿灌注樁基礎技術等關鍵技術在山地光伏電站建設過程中占據著重要位置。然而，當前山地光伏電站關鍵設計技術應用中面臨著山地地形復雜施工難度大、支架及支架基礎設計難度較高、光伏電站前期施工準備工作量大以及山地光伏電站施工管理欠缺等困境。對此，可采取的應對措施有：注重技術創(chuàng)新，克服施工困難；合理選擇支架及基礎設計方法；制訂科學山地光伏電站施工方案；加強山地光伏電站施工管理。本文關于山地光伏電站關鍵設計技術研究還不夠全面，未來階段應當持續(xù)關注山地光伏電站關鍵設計技術方面的研究動態(tài)，不斷借鑒和學習，豐富研究經驗，以彌補本文研究不足。