水面光伏電站設(shè)計要點分析

李永富 李風(fēng)洲

摘??要：在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)深入推進(jìn)的背景下，水面光伏電站憑借著環(huán)保性能優(yōu)越、可提高土地資源利用率以及提高發(fā)電量等優(yōu)勢，逐漸在國內(nèi)受到重視和大力推行。為切實提高水面光伏電站的建設(shè)成效，文章先是對水面光伏電站做出了簡要介紹，并基于此分別從地址選定、設(shè)備選型以及陣列設(shè)計等方面，針對其設(shè)計要點展開了深入探討，以此助推水面光伏電站建設(shè)工作不斷向好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水面光伏電站???建設(shè)活動???設(shè)計要點???選型選址???電纜敷設(shè)

中圖分類號：TM615

Analysis?of?Design?Essentials?for?Photovoltaic?Power?Stations?on?the?Water

LI?Yongfu??LI?Fengzhou

（SN?Nanjing?Energy?Holdings?Co.，?Ltd.，?Nanjing，?Jiangsu?Province，?210000?China）

Abstract：?In?the?context?of?the?continuous?promotion?of?the?sustainable?development?strategy，?photovoltaic?power?stations?on?the?water?have?gradually?been?valued?and?vigorously?promoted?in?China?by?virtue?of?their?advantages?such?as?having?superior?environmental?performance，?improving?the?utilization?rate?of?land?resources?and?increasing?power?generation.?In?order?to?effectively?improve?the?construction?efficiency?of?photovoltaic?power?stations?on?the?water，?the?article?first?briefly?introduces?the?photovoltaic?power?station?on?the?water，?and?conducts?an?in-depth?discussion?on?its?design?essentials?from?the?aspects?of?address?selection，?equipment?model?selection?and?array?design，?in?order?to?promote?the?continuous?development?of?the?construction?of?the?photovoltaic?power?station?on?the?water.

Key?Words：?Photovoltaic?power?station?on?the?water;?Construction?activity;?Design?essentials;?Model?selection?and?site?selection;?Cable?laying

近年來，由于受到土地資源緊缺等因素的限制，導(dǎo)致陸地光伏電站的建設(shè)難以得到持續(xù)有效推進(jìn)。在這種背景下，水面光伏電站開始受到人們的重視，這種電站能夠浮于水面進(jìn)行發(fā)電，而且可在水塘、水庫以及河流等區(qū)域進(jìn)行建設(shè)，具備著不占用過多土地資源以及發(fā)電量高的特點。因此，有必要對水面光伏電站設(shè)計要點做出深入研究，從而確保此類電站能夠充分發(fā)揮出應(yīng)有價值和作用。

1??水面光伏電站概述

對于水面光伏電站來講，其主要指的是在一系列水塘、水庫還有湖泊等區(qū)域建造而成的相應(yīng)光伏電站。其屬于光伏發(fā)電的一種新型建設(shè)方式，結(jié)合其基礎(chǔ)類型的差異，能夠分為樁基固定式與漂浮式兩大類型[1]。其優(yōu)點在于可以節(jié)約土地資源、發(fā)電效率高、環(huán)保、成本低以及可同步水產(chǎn)養(yǎng)殖等，現(xiàn)階段已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中的一個重點研究內(nèi)容。

2?水面光伏電站設(shè)計要點研究

2.1??做好選址工作

在建設(shè)水面光伏電站時，選址工作屬于一個重點內(nèi)容，此項工作一般分為以下兩部分。首先，搜集各類有關(guān)資料，包括政策、資源以及附近項目資料等，然后對資料開展分析工作過，估算項目的具體規(guī)模、發(fā)電量以及建設(shè)成本等，并且明確初步收益率；其次，前往現(xiàn)場開展實地考察工作，一般涉及對周圍環(huán)境與建設(shè)條件等方面的考察[2]。

2.2??做好設(shè)備選型工作

2.2.1?光伏組件選型

對于光伏組件來講，其屬于水面光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個核心設(shè)備，其質(zhì)量的優(yōu)劣能夠?qū)φ麄€發(fā)電站的實際發(fā)電性能以及效益產(chǎn)生決定性的影響。現(xiàn)階段技術(shù)相對較為成熟的光伏組件大體分為3種類型，即晶體硅光伏組件、高倍聚光型光伏組件以及薄膜光伏組件。由于水面光伏電站所處的環(huán)境較為潮濕，組件比較容易出現(xiàn)PID衰減現(xiàn)象，所以水面光伏電站通常建議選用雙玻組件（如圖1所示），這種組件發(fā)電量高以及抗PID性能強，而且散熱快、溫差小，目前有著廣泛運用。除此之外組件背面可以接收到的相應(yīng)反射光較為有限，所以站在經(jīng)濟性角度來看，通常還會選用單面光伏組件。

2.2.2??逆變器選型

在選用逆變器時，需要注重依照相關(guān)原則進(jìn)行選定，通常包括以下幾點：（1）選用運行比較穩(wěn)定、效率高以及質(zhì)量較好的設(shè)備；（2）對于直流輸入電壓有著比較良好的適應(yīng)能力，一般適應(yīng)范圍越寬越好；（3）設(shè)備自帶的保護(hù)功能應(yīng)切實滿足工程建設(shè)需要；（4）有相對較為良好的低電壓穿越能力；（5）選定的設(shè)備需要有良好監(jiān)控性能，同時還要具備較強的數(shù)據(jù)信息收集能力；（6）對于所選設(shè)備必須保證有高功率因數(shù)，除此之外，還要保證有較小的波形畸變。

目前來看，在工程實踐中常見的逆變器主要涉及兩種，即組串型逆變器以及應(yīng)用較為廣泛的集中型逆變器，后者不但功率相對較大，而且成本造價也相對有優(yōu)勢，所以在水面光伏電站設(shè)計中一般建議選用集中型逆變器。

2.2.3?匯流箱選型

水面光伏電站實際所處環(huán)境一般為高溫、高濕環(huán)境，部分情況下存在鹽霧等環(huán)境。這些環(huán)境會導(dǎo)致電氣設(shè)備的一系列金屬部件出現(xiàn)加速腐蝕問題，而且水浪也會對設(shè)備進(jìn)行拍打，所以對匯流箱等各種設(shè)備的防水能力有著相對較高的要求。一般情況下，匯流箱防護(hù)等級應(yīng)該選型為IP67，能夠有效抵抗水浪拍打。此外，箱體應(yīng)該有涂層設(shè)計，這樣可以增強設(shè)備的防腐能力。

2.2.4?浮體選型

對于漂浮式水面光伏電站來講，必須要借助漂浮設(shè)備來有效地支撐光伏電池板，所以對浮體臺架本身的抗腐蝕能力、抗風(fēng)浪以及抗凍脹還有承載力等各個方面均有著相對較高的要求?，F(xiàn)階段浮體常用材料主要為高密度聚乙烯，強調(diào)質(zhì)量要輕以及浮力大、有著良好的抗風(fēng)能力、抗沖擊能力以及耐腐蝕能力，還要能夠耐高溫，并且對水資源無危害，適應(yīng)環(huán)境溫度需要達(dá)到-70～110?℃之間[3]。

2.3??做好基礎(chǔ)形式的選定工作

2.3.1?樁柱式基礎(chǔ)

對于樁柱式基礎(chǔ)來講，指的是組件需要支撐于支架上，然后支架需要固定在樁上，最終樁設(shè)置在水中的一種基礎(chǔ)形式，通常適合用在水深相對較淺（通常在3?m以下）的淺水魚塘或者是煤礦塌陷區(qū)、小型湖泊等。這種基礎(chǔ)的主要形式一般為水泥預(yù)制管樁，整體建設(shè)作業(yè)具備著簡便易行、成本適宜等特點，而且水域還能夠用來養(yǎng)魚，可以獲取到較為良好的經(jīng)濟效益，但此類基礎(chǔ)在實際開展維護(hù)作業(yè)時需要用到船，而且如果水位太深實際造價相對較高。結(jié)合有關(guān)設(shè)計要求來看，樁基底部設(shè)計深入池塘底需要達(dá)到3?m以上，對于上部樁端需要超過設(shè)計洪水位0.4?m以上。如果水深為3?m，那么樁基高度需要達(dá)到6.4?m以上。

對于采用樁柱式基礎(chǔ)建設(shè)的水面光伏電站來講，匯流箱和電纜橋架需要借助架空方式進(jìn)行敷設(shè)，然后固定在預(yù)制管樁上。通常情況下，匯流箱與橋架最低點必須要超過水面實際最高水位0.5?m以上。如果是水域面積相對較為寬闊的水面，應(yīng)該將逆變器與變壓器等合理地安裝在選用了預(yù)制管樁基礎(chǔ)以及圈梁結(jié)構(gòu)的相應(yīng)平臺上；而針對水面相對較窄的水域，對于逆變器與變壓器室一般可安裝在岸邊位置。

2.3.2?漂浮式基礎(chǔ)

對于漂浮式基礎(chǔ)來講（如圖2所示），通常在水域深度相對較大（超過3?m）的區(qū)域中進(jìn)行運用，主要借助浮體的浮力來有效地承載電池板與一系列有關(guān)設(shè)備的重量，同時將浮體有效地固定在岸邊與水底。通常情況下浮體主要借助高密度聚乙烯管進(jìn)行連接成排，然后借助水的浮力充分支撐來自上部光伏系統(tǒng)的荷載，同時前后排光伏支架需要借助連接桿逐漸地構(gòu)成一個整體。對于浮體而言，其可以隨著水位的持續(xù)變化而發(fā)生相應(yīng)的改變，但需要注意浮體嚴(yán)禁與岸邊進(jìn)行碰撞，因此，在建設(shè)期間應(yīng)根據(jù)兩者之間的間距及水體的實際深度來合理地選用固定浮體的具體方式。目前來看，常用的方式主要包括以下幾種。

（1）浮體固定在岸邊。借助繩索有效地將浮體固定在水域岸邊，一般適合用于距離岸邊相對較近的浮體，此種方法施工簡便，成本較低。這種浮體固定型式有著相對較高的承載力，而且在使用期間可以很好地適應(yīng)水位變化；除此之外，此種方式一般不會受到水體深度或者是水下地形等一系列因素的干擾或者是影響，也比較容易進(jìn)行安裝，非?？旖莘奖?，具有良好的環(huán)保性。但是這種型式大多數(shù)情況下僅適可設(shè)置在岸邊或相應(yīng)的淺水區(qū)，這也使得其適用范圍相對較小，無法在大型水庫等區(qū)域進(jìn)行安裝，同時建設(shè)期間的作業(yè)工具也較為復(fù)雜特殊，纜繩方面也要盡可能地貼近水面，這會導(dǎo)致很多類型的船只無法使用，因此會對運維通航活動產(chǎn)生一定的不良影響[4]。

（2）浮體固定于樁上，同時借助繩索固定浮體，一般比較適合用在一些距離岸邊相對較遠(yuǎn)的浮體，并且實際水深相對較小的區(qū)域（通常不超過15?m）。這種固定型式實際承載力相對較高，而且準(zhǔn)許相對較小的系泊半徑；除此之外，這種型式通常情況下不需開展拖拽作業(yè)，因此建設(shè)成本較低，但必須在水中實施打樁作業(yè)，對于各類設(shè)備的租賃成本也相對較高一些。最關(guān)鍵的一點是，鉆樁活動可能對水庫自身的防滲層造成影響和破壞，且大部分水域不準(zhǔn)許進(jìn)行打樁，因此適用范圍較為局限。

2.4??光伏陣列設(shè)計

以國內(nèi)某水面光伏電站設(shè)計為例，針對光伏陣列設(shè)計做出介紹。該水面光伏電站最終決定對相應(yīng)的傾角光伏發(fā)電模式進(jìn)行運用，對于實際裝機容量，達(dá)到了74.69?MW，為了保證該電站的運行穩(wěn)定性以及可靠性，配套完成了升壓站方面的建設(shè)活動，共計1座。除此之外，案例工程為了合理利用水域面積，對分塊發(fā)電進(jìn)行了運用，在完成匯流活動后通過一系列線纜和裝置接入升壓站，再開展集中并網(wǎng)活動。在實際建設(shè)期間每3.12?MW發(fā)電系統(tǒng)可以看作是1個組成模塊，共計需要建設(shè)19個模塊。結(jié)合設(shè)計方案來看，每個模塊當(dāng)中需合理地設(shè)置一系列太陽能電池板，具體數(shù)量約為7?300塊，均采用是單面單玻晶硅板。在開展建設(shè)作業(yè)時每26塊光伏板進(jìn)行合理組串，最終還需要將每20串全部合理、適宜地接入相應(yīng)的匯流箱當(dāng)中。案例工程建設(shè)期間，每14臺方陣用到的一系列匯流箱必須要合理地與安逆變升壓一體機做出連接，對于具體的升壓值應(yīng)保證達(dá)到35?kV。對于本工程當(dāng)中的光伏子陣則應(yīng)該通過35?kV集電線路合理、適宜地連接相應(yīng)的光伏升電站[5]。

3??結(jié)語

綜上所述，對于水面光伏電站來講，其能夠有效地規(guī)避土地限制問題，同時能夠與水產(chǎn)養(yǎng)殖活動進(jìn)行有機結(jié)合，可以獲取到共贏的效果，此外水面光伏電站的建設(shè)還滿足我國可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)文明建設(shè)的相關(guān)要求，所以其未來發(fā)展前景十分廣闊。為切實提高水面光伏電站的建設(shè)成效，確保水面光伏電站能夠充分地發(fā)揮出應(yīng)有的價值和作用，文章針對其設(shè)計要點做出了深入探究，以此進(jìn)一步提高水面光伏電站設(shè)計水平，提升電站整體建設(shè)質(zhì)量，從而確保水面光伏電站建設(shè)活動能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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