沙漠地區(qū)光伏電站控制樓與配電室的適配性研究

1.光伏電站防塵防沙設(shè)計(jì)的必要性

沙漠地區(qū)豐富的太陽能資源為光伏發(fā)電提供了得天獨(dú)厚的條件，但同時(shí)面臨著嚴(yán)峻的防塵防沙挑戰(zhàn)。研究表明，光伏組件表面1微米厚的灰塵層可導(dǎo)致發(fā)電效率下降 25.5% ，長期暴露在沙塵環(huán)境中，效率可能降低 35%^[1] 。在沙漠地區(qū)建設(shè)光伏電站時(shí)，必須高度重視控制樓與中壓配電室的防塵防沙設(shè)計(jì)，確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。塔克拉瑪干沙漠地區(qū)的實(shí)踐表明，合理的防風(fēng)固沙解決方案可有效提高光伏電站的運(yùn)行效率和使用壽命[2]。針對(duì)沙漠地區(qū)光伏電站的特點(diǎn)，開展控制樓與中壓配電室防塵防沙設(shè)計(jì)適配性分析具有重要實(shí)踐意義。

2.沙漠地區(qū)光伏電站建設(shè)環(huán)境特點(diǎn)

2.1氣候環(huán)境特征

沙漠地區(qū)氣候環(huán)境具有明顯特征：年降水量稀少，蒸發(fā)量大，氣候干燥；日照時(shí)間長，太陽輻射強(qiáng)；晝夜溫差大，季節(jié)溫差顯著；風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，沙塵暴多發(fā)。以我國西北地區(qū)為例，河西走廊地區(qū)年均日照時(shí)間達(dá)3000小時(shí)以上，太陽能資源豐富，但同時(shí)也是我國沙塵暴高發(fā)區(qū)，年均沙塵天氣可達(dá)30天以上。這些特殊的氣候條件對(duì)光伏電站的建設(shè)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。庫布齊沙漠某光伏電站的研究數(shù)據(jù)顯示，沙塵天氣對(duì)光伏組件的發(fā)電效率影響顯著，采取有效的防風(fēng)固沙措施可提高發(fā)電量 15% 以上[。

2.2地質(zhì)條件特點(diǎn)

沙漠地區(qū)的地質(zhì)條件主要表現(xiàn)為：地表主要由松散的沙質(zhì)土壤構(gòu)成，承載力相對(duì)較低；地下水位埋藏較深；土壤鹽堿化程度較為嚴(yán)重。這些獨(dú)特的地質(zhì)特點(diǎn)，給光伏電站的建設(shè)帶來了不小的挑戰(zhàn)，尤其是在基礎(chǔ)穩(wěn)定性方面。同時(shí)，也加大了控制樓與配電室防塵防沙的工作難度。庫布齊沙漠某光伏電站的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)顯示，那里的沙丘移動(dòng)速度相當(dāng)快，每年可達(dá)3至5米，這往往會(huì)導(dǎo)致控制樓與配電室周邊沙丘不斷堆積，給電站gt;gt;阿爾及利亞比斯卡拉省萊格魯斯市光伏項(xiàng)目。顧寧／攝電運(yùn)行帶來安全隱患。

此外，沙漠地區(qū)的地表溫度極高，晝夜溫差巨大。在炎熱的夏季，地表溫度可以輕松攀升至 70^°C 以上，而到了夜間，則會(huì)急劇下降至 20^°C 以下，這種極端的溫度變化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的密封性能構(gòu)成了嚴(yán)峻考驗(yàn)[4。更為嚴(yán)重的是，高鹽堿的環(huán)境條件會(huì)加速建筑材料的腐蝕過程，從而縮短防塵防沙設(shè)施的使用壽命，增加電站的維護(hù)成本。

3.控制樓與中壓配電室防塵防沙設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1建筑布局與朝向設(shè)計(jì)控制樓與中壓配電室的建筑布局與朝向設(shè)計(jì)是防塵防沙的首要考慮因素。

根據(jù)沙漠地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向特點(diǎn)，建筑物長軸應(yīng)盡量與主導(dǎo)風(fēng)向平行，這樣可以減小迎風(fēng)面積，有效降低風(fēng)沙沖擊力。研究表明，當(dāng)建筑物與主導(dǎo)風(fēng)向呈 30^° 夾角時(shí)，建筑物周圍的沙粒堆積量達(dá)到最少[5]。同時(shí)，控制樓與配電室之間需要保持適當(dāng)距離，避免形成“風(fēng)道效應(yīng)”，減少沙粒在建筑物間的堆積現(xiàn)象。實(shí)踐證明，建筑物之間的最佳間距應(yīng)為建筑物高度的3至5倍，這樣既能避免風(fēng)沙在建筑物之間形成渦流，又能保證消防安全和維護(hù)通道的暢通。

在整體布局方面，應(yīng)充分考慮地形特點(diǎn)，優(yōu)先選擇地勢(shì)較高、地表平坦的區(qū)域建設(shè)控制樓與配電室，盡量避開沙丘移動(dòng)路徑和風(fēng)沙匯集區(qū)。塔克拉瑪干沙漠光伏電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，將控制樓與配電室布置在地勢(shì)較高處，可降低 30% 以上的防塵防沙維護(hù)成本[。為形成有效防護(hù)，控制樓與配電室周圍應(yīng)設(shè)置防風(fēng)固沙綠化帶或人工屏障，構(gòu)建多層次防護(hù)體系。這些防護(hù)帶的寬度應(yīng)不少于20米，植被選擇應(yīng)以耐旱、耐風(fēng)沙的本地物種為主，確保其在惡劣環(huán)境中能夠正常生長并發(fā)揮防護(hù)作用。

3.2建筑結(jié)構(gòu)與材料選擇

控制樓與中壓配電室的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用抗風(fēng)沙性能好的設(shè)計(jì)方案。建議采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，提高整體抗風(fēng)能力。外墻應(yīng)采用雙層墻體設(shè)計(jì)，增強(qiáng)保溫隔熱性能的同時(shí)，提高防塵防沙效果。研究表明，采用空心磚墻體結(jié)構(gòu)，內(nèi)填保溫材料，外貼防水防沙涂層的復(fù)合墻體，其防塵防沙效果比普通墻體提高 45% 以上。墻體外表面應(yīng)采用納米級(jí)防沙涂料處理，形成疏水疏油的表面，減少沙塵附著，便于雨水沖刷和風(fēng)力吹掃。

材料選擇方面，應(yīng)優(yōu)先考慮耐磨、耐腐蝕、抗老化性能好的建筑材料。外墻宜選用表面光滑的材料，如涂覆防沙涂料的金屬板材或經(jīng)特殊處理的混凝土板材，這類材料能有效減少沙粒附著。屋頂設(shè)計(jì)宜采用坡度適中的坡屋頂，有利于沙塵自然滑落，防止積沙。庫布齊沙漠某光伏電站實(shí)踐證明，采用 15^° 至 20^° 坡度的屋頂設(shè)計(jì)，可減少 80% 以上的屋頂積沙量。屋頂材料應(yīng)選用輕質(zhì)高強(qiáng)、耐候性好的復(fù)合材料，并在表面涂覆具有自清潔功能的納米涂層，充分利用風(fēng)力和降雨的自然作用減少沙塵積累。同時(shí)，屋頂排水系統(tǒng)應(yīng)采用大截面設(shè)計(jì)，防止沙塵堵塞，并需定期清理維護(hù)，確保排水通暢。

門窗是防塵防沙的關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)選用氣密性好、抗風(fēng)壓強(qiáng)度高的產(chǎn)品。門窗框與墻體連接處應(yīng)使用彈性密封膠密封，有效減少縫隙。門窗玻璃宜采用中空鋼化玻璃，這種材料既提高抗風(fēng)壓能力，又具備良好保溫隔熱性能。同時(shí)，在門窗外側(cè)安裝防沙百葉或防沙網(wǎng)，作為抵御沙塵的第一道防線，能顯著減少沙塵進(jìn)入室內(nèi)的可能性。對(duì)于頻繁開啟的出入口，設(shè)置雙層門斗或旋轉(zhuǎn)門形成氣閘效應(yīng)，能有效阻斷沙塵隨人員活動(dòng)進(jìn)入室內(nèi)。

4.中壓配電室特殊防塵防沙設(shè)計(jì)

4.1設(shè)備布局與安裝要求

中壓配電室作為光伏電站的核心設(shè)施之一，其設(shè)備布局與安裝要求對(duì)防塵防沙效果具有重要影響。設(shè)備布局應(yīng)遵循“高進(jìn)低出”原則，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在高處，出風(fēng)口設(shè)置在低處，減少沙塵在設(shè)備表面沉積。設(shè)備之間應(yīng)保持足夠的間距，便于清潔維護(hù)，防止沙塵在設(shè)備間隙堆積形成“熱島效應(yīng)”。

設(shè)備安裝方面，應(yīng)采用抬高安裝的方式，確保設(shè)備底部與地面保持一定高度，這樣能顯著減少地面沙塵對(duì)設(shè)備的影響。相關(guān)研究表明，將設(shè)備底部抬高30至50厘米，可減少 50% 以上的沙塵積累。此外，設(shè)備安裝過程中需充分考慮抗震要求，宜采用彈性支撐或減震裝置，這不僅能減輕沙塵振動(dòng)對(duì)設(shè)備的損害，還能提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行防潮防腐處理，提高在沙漠環(huán)境中的適應(yīng)性和使用壽命，確保長期穩(wěn)定運(yùn)行。

配電柜、變壓器等關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)采用全封閉式設(shè)計(jì)，提高防塵防沙等級(jí)。設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP65以上，這樣才能確保設(shè)備在嚴(yán)重沙塵環(huán)境中正常運(yùn)行。設(shè)備進(jìn)出線口是沙塵入侵的常見通道，應(yīng)采用密封套管處理，有效防止沙塵通過線纜間隙進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2通風(fēng)散熱與過濾系統(tǒng)

中壓配電室的通風(fēng)散熱系統(tǒng)是防塵防沙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)采用獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，與控制樓分開設(shè)計(jì)，這樣才能滿足不同設(shè)備的散熱需求。通風(fēng)系統(tǒng)宜采用正壓設(shè)計(jì)，保持室內(nèi)壓力略高于室外，有效防止沙塵通過縫隙自然進(jìn)入。進(jìn)風(fēng)口位置應(yīng)設(shè)置在建筑物背風(fēng)面，并安裝防沙罩和多級(jí)過濾裝置，這種設(shè)計(jì)能確保進(jìn)入室內(nèi)的空氣潔凈度，大幅降低設(shè)備受沙塵影響的風(fēng)險(xiǎn)。

過濾系統(tǒng)應(yīng)采用“粗、中、細(xì)”三級(jí)過濾方式。第一級(jí)為粗效過濾器，主要過濾大顆粒沙塵；第二級(jí)為中效過濾器，過濾中等粒徑的沙塵；第三級(jí)為高效過濾器，過濾微小顆粒。采用三級(jí)過濾系統(tǒng)后，進(jìn)入配電室的空氣中沙塵含量可降低 99% 以上。為便于維護(hù)，過濾器安裝位置應(yīng)考慮可達(dá)性，并設(shè)置檢修通道。

對(duì)于高發(fā)熱設(shè)備，可采用封閉式水冷系統(tǒng)或熱管散熱技術(shù)，這類散熱方式能減少對(duì)外部空氣的依賴，大幅降低沙塵侵入風(fēng)險(xiǎn)。塔克拉瑪干沙漠某光伏電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)清晰表明，采用封閉式散熱系統(tǒng)的設(shè)備，其故障率比采用傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)備明顯降低，運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠，維護(hù)成本也相應(yīng)減少，是沙漠環(huán)境中光伏電站配電設(shè)備的理想散熱解決方案。

5.結(jié)束語

首先，沙漠地區(qū)光伏電站的防塵防沙設(shè)計(jì)必須基于對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)的深入理解，包括氣候特征、地質(zhì)條件和風(fēng)沙活動(dòng)規(guī)律。其次，控制樓與中壓配電室的防塵防沙設(shè)計(jì)應(yīng)采用系統(tǒng)工程的思路，從建筑布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇等多方面綜合考慮，形成完整的防護(hù)體系。最后，中壓配電室與控制樓在防塵防沙設(shè)計(jì)上既有共性要求，又有各自的特殊性。中壓配電室更注重設(shè)備安全，而控制樓則需要兼顧人員舒適度。

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