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(shí)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(jì)等方面，針對其設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(dòng)???設(shè)計(jì)要點(diǎn)???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(diǎn)。因此，有必要對水面光伏電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(jià)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(diǎn)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(gè)重點(diǎn)研究內(nèi)容。

2?水面光伏電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

2.1??做好選址工作

在建設(shè)水面光伏電站時(shí)，選址工作屬于一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，此項(xiàng)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(xiàng)目資料等，然后對資料開展分析工作過，估算項(xiàng)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(shí)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(gè)核心設(shè)備，其質(zhì)量的優(yōu)劣能夠?qū)φ麄€(gè)發(fā)電站的實(shí)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(qiáng)，而且散熱快、溫差小，目前有著廣泛運(yùn)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(jì)性角度來看，通常還會(huì)選用單面光伏組件。

2.2.2??逆變器選型

在選用逆變器時(shí)，需要注重依照相關(guān)原則進(jìn)行選定，通常包括以下幾點(diǎn)：（1）選用運(yùn)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(shí)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(shí)還要具備較強(qiáng)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(shí)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(jià)也相對有優(yōu)勢，所以在水面光伏電站設(shè)計(jì)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(shí)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(huì)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(huì)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(jì)，這樣可以增強(qiáng)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(gè)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(qiáng)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(diǎn)，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(jì)效益，但此類基礎(chǔ)在實(shí)際開展維護(hù)作業(yè)時(shí)需要用到船，而且如果水位太深實(shí)際造價(jià)相對較高。結(jié)合有關(guān)設(shè)計(jì)要求來看，樁基底部設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)必須要超過水面實(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)前后排光伏支架需要借助連接桿逐漸地構(gòu)成一個(gè)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(shí)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(huì)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(shí)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(huì)導(dǎo)致很多類型的船只無法使用，因此會(huì)對運(yùn)維通航活動(dòng)產(chǎn)生一定的不良影響[4]。

（2）浮體固定于樁上，同時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)是，鉆樁活動(dòng)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(jì)

以國內(nèi)某水面光伏電站設(shè)計(jì)為例，針對光伏陣列設(shè)計(jì)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(yùn)用，對于實(shí)際裝機(jī)容量，達(dá)到了74.69?MW，為了保證該電站的運(yùn)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(dòng)，共計(jì)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(yùn)用，在完成匯流活動(dòng)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(dòng)。在實(shí)際建設(shè)期間每3.12?MW發(fā)電系統(tǒng)可以看作是1個(gè)組成模塊，共計(jì)需要建設(shè)19個(gè)模塊。結(jié)合設(shè)計(jì)方案來看，每個(gè)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(shí)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(jī)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(shí)能夠與水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)進(jìn)行有機(jī)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(shí)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(jià)值和作用，文章針對其設(shè)計(jì)要點(diǎn)做出了深入探究，以此進(jìn)一步提高水面光伏電站設(shè)計(jì)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(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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