太陽(yáng)能光伏電站設(shè)計(jì)要點(diǎn)及影響因素分析

摘 要：自然資源緊張是全世界共同面對(duì)的問(wèn)題。近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了飛躍式發(fā)展，自然資源緊張問(wèn)題隨之凸顯。我國(guó)幅員遼闊，光照充足，太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)前景十分廣闊。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是當(dāng)前新型能源開(kāi)發(fā)利用中的一項(xiàng)重要形式。國(guó)家不斷加大對(duì)可再生能源開(kāi)發(fā)的鼓勵(lì)和扶持，陸續(xù)推出了一系列光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)的支持政策，國(guó)家能源局《關(guān)于下達(dá)2015年光伏發(fā)電建設(shè)實(shí)施方案的通知》（國(guó)能新能[2015]73號(hào)）也對(duì)地方光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)容量提出了明確要求。相較于先進(jìn)國(guó)家，我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)尚處于起步階段，研究時(shí)間短、技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，在實(shí)際應(yīng)用中存在很多問(wèn)題。積極發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電，是我國(guó)十三五能源規(guī)劃中的重要任務(wù)之一。文章圍繞太陽(yáng)能光伏電站設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的技術(shù)特性和光伏電站設(shè)計(jì)影響因素，闡述了太陽(yáng)能光伏電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望可以對(duì)設(shè)計(jì)人員更好地開(kāi)展太陽(yáng)能光伏電站設(shè)計(jì)工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏電站；設(shè)計(jì)；影響因素

引言

人類的生存與發(fā)展，離不開(kāi)能源的支持。石油、煤炭等傳統(tǒng)能源緊張問(wèn)題日漸凸顯，嚴(yán)重限制了人類文明的發(fā)展，已經(jīng)成為全世界人們共同面對(duì)的難題。為妥善解決能源緊張問(wèn)題，各國(guó)都下大力氣進(jìn)行新型能源的開(kāi)發(fā)研究工作。太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有高效、環(huán)保、清潔、綠色、可再生的特點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用光伏電池吸收太陽(yáng)輻射能，將之直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電技術(shù)。我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電事業(yè)起步較晚，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，也取得了階段性成效，是我國(guó)新型清潔能源產(chǎn)業(yè)中的中堅(jiān)力量。

1 光伏電站運(yùn)行特點(diǎn)分析

1.1 周期性、間歇性、隨機(jī)性

光伏電站吸收太陽(yáng)光能并將之轉(zhuǎn)換為電能，這個(gè)運(yùn)作機(jī)理決定了光伏發(fā)電效率必然受到太陽(yáng)光輻射變化的影響。太陽(yáng)光輻射有其自然規(guī)律，太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度呈現(xiàn)出由低到高，再由高到低的周期性特點(diǎn)，太陽(yáng)能光伏電站的發(fā)電效率也隨之呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的周期變化。天氣變化導(dǎo)致太陽(yáng)能輻照度變化，從而影響光伏電站發(fā)電效率，這些都說(shuō)明光伏電站具有隨機(jī)性和間歇性。光伏電站出力的間歇性和隨機(jī)性會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)、閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。上述因素都必須在進(jìn)行大型并網(wǎng)光伏電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)予以充分考慮。

1.2 靜止發(fā)電性

太陽(yáng)能光伏發(fā)動(dòng)屬于靜止型發(fā)電，電站所用設(shè)備中不包含旋轉(zhuǎn)部件，部件損耗速度慢，維護(hù)、保養(yǎng)難度和成本較低，在進(jìn)行電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以按照有人值守、無(wú)人值班模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.3 場(chǎng)地偏遠(yuǎn)性

太陽(yáng)能光伏發(fā)電以太陽(yáng)能為基礎(chǔ)能源，在太陽(yáng)能電站建設(shè)項(xiàng)目選址時(shí)就傾向于選擇光照強(qiáng)度高、日照時(shí)間長(zhǎng)、太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，我國(guó)大型并網(wǎng)光伏電站多在西北、華北及華南等地，這些地方不僅光照條件好，而且土地資源豐富，大量荒漠和灘涂地區(qū)非常適合建設(shè)土地需要量很大的太陽(yáng)能光伏電站。由于這些地方地廣人稀，地處偏遠(yuǎn)，在設(shè)計(jì)光伏發(fā)電站控制方式時(shí)多采用遠(yuǎn)程監(jiān)控或集中監(jiān)控模式。

2 太陽(yáng)能光伏電站設(shè)計(jì)影響因素分析

2.1 氣象環(huán)境因素影響分析

氣象條件是對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電影響最為顯著的因素之一。氣象環(huán)境的變化往往會(huì)以太陽(yáng)光到達(dá)地面的輻射強(qiáng)度變化的形式體現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)生直接影響。在進(jìn)行光伏電站的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮電站所處地區(qū)的自然氣象、氣候條件，科學(xué)設(shè)置適應(yīng)當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境的氣象環(huán)境設(shè)備，保證設(shè)備功能與當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境相契合，充分發(fā)揮應(yīng)有效能。

2.2 太陽(yáng)能光伏電池最佳傾角影響因素分析

光伏電站的發(fā)電量取決于太陽(yáng)能電池片吸收太陽(yáng)光的情況，而后者又受太陽(yáng)能光伏電池傾角的影響。在條件和工程進(jìn)度充裕前提下，為了達(dá)到設(shè)計(jì)最佳效果，建設(shè)單位要在太陽(yáng)能光伏電站所在場(chǎng)址設(shè)置太陽(yáng)能觀測(cè)站，收集項(xiàng)目所在地的太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)，測(cè)光時(shí)間應(yīng)達(dá)到1年以上。若無(wú)項(xiàng)目所在地完整年的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，可選擇場(chǎng)址附近已有的長(zhǎng)期測(cè)光資料對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)觀測(cè)站進(jìn)行模擬測(cè)算，評(píng)估擬選場(chǎng)址的太陽(yáng)能資源。從而對(duì)太陽(yáng)能光伏電池傾角進(jìn)行確定，在計(jì)算機(jī)的輔助下使用專業(yè)軟件對(duì)太陽(yáng)能光伏電池的傾角進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得光伏電站的年發(fā)電量最大。

2.3 太陽(yáng)能光伏電站安全性影響因素分析

由于光伏電站選址大部分都是位于西部荒漠地區(qū)或者沿海灘涂地區(qū)，氣候條件惡劣。陣風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)威脅嚴(yán)重，光伏陣列露天布置，光伏支架方案及光伏組件安裝須考慮抗臺(tái)風(fēng)設(shè)計(jì)。光伏方陣建于地面，方陣基礎(chǔ)須滿足抗壓、抗拔、抗傾覆等要求。安裝支架或線纜橋架等室外設(shè)備均需要考慮防腐蝕及抗鹽霧設(shè)計(jì)。防風(fēng)和防腐設(shè)計(jì)是影響光伏電站使用壽命和投資回收的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)人員需要特別注意。

2.4 太陽(yáng)能光伏電站經(jīng)濟(jì)性影響因素分析

太陽(yáng)能光伏電站作為能源產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是其建設(shè)實(shí)施時(shí)必須考慮的重要問(wèn)題。在進(jìn)行光伏發(fā)電站項(xiàng)目前期決策階段，要充分對(duì)項(xiàng)目可行性進(jìn)行論證，確保電站建成投產(chǎn)后的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到預(yù)期水平，要堅(jiān)持用發(fā)展的眼光看待問(wèn)題，要著眼于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的未來(lái)發(fā)展以及光伏企業(yè)的規(guī)模效應(yīng)，科學(xué)確定太陽(yáng)能光伏電站的數(shù)量以及規(guī)模。

3 太陽(yáng)能光伏電站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電池組件的選擇

常用的太陽(yáng)電池組件主要有以下幾種類型：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池、非晶硅太陽(yáng)電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。光伏電池組件的選擇應(yīng)在技術(shù)成熟度高、運(yùn)行可靠的前提下，結(jié)合電站周圍的自然環(huán)境、施工條件、交通運(yùn)輸?shù)臓顩r，選用行業(yè)內(nèi)的主導(dǎo)光伏電池組件類型，重點(diǎn)選擇市場(chǎng)主流的一線供應(yīng)商的產(chǎn)品。根據(jù)電站所在地的光資源狀況和所選用的太陽(yáng)電池組件類型，計(jì)算光伏電站的年發(fā)電量，選擇綜合指標(biāo)最佳的太陽(yáng)電池組件。

3.2 太陽(yáng)電池方陣安裝方式的確定

光伏陣列的安裝方式主要有固定式、單軸跟蹤式和雙軸跟蹤式，跟蹤系統(tǒng)的控制方式又分為主動(dòng)式控制方式、被動(dòng)式控制方式和復(fù)合控制方式。光伏陣列運(yùn)行方式不同，其建設(shè)成本及年發(fā)電量也不同。其中固定式的建設(shè)成本最低，單軸跟蹤式的次之，雙軸跟蹤式的最高。對(duì)于光伏系統(tǒng)年發(fā)電量，則是雙軸跟蹤式的最高，單軸跟蹤的次之，固定式的最低。對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，相比于固定式，跟蹤式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且故障率較高，因而具有較高的維護(hù)與維修成本。因此，需要結(jié)合項(xiàng)目的具體情況，對(duì)投資成本、建設(shè)難度、運(yùn)維可靠性等多方面因素綜合考慮，最終制定出光伏陣列的安裝方式。

3.3 光伏電站的開(kāi)發(fā)模式

光伏電站需要占用大量的土地資源，傳統(tǒng)的電站建設(shè)完成后，光伏支架下方的土地大多處于閑置狀態(tài)，綜合利用率不高。光伏電站宜采用“農(nóng)光互補(bǔ)”、“漁光互補(bǔ)”以及“鹽光互補(bǔ)”等綜合開(kāi)發(fā)模式，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，將帶動(dòng)其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高效綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)。電站設(shè)計(jì)階段需要考慮后期其它產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的需要，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和綠色產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的雙贏。

4 結(jié)束語(yǔ)

以太陽(yáng)能為代表的新型清潔能源是未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)的主流發(fā)展方向。我國(guó)是能源利用大國(guó)，同時(shí)具有豐富的太陽(yáng)能光伏資源，發(fā)展太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的條件和需求同時(shí)具備。大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電，不僅可以緩解我國(guó)能源緊張的局勢(shì)，還可以大幅降低煤炭、石油等傳統(tǒng)能源消耗，減少環(huán)境污染，提高環(huán)境質(zhì)量，對(duì)于我國(guó)具有中國(guó)特色的社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展有十分重要的積極意義。

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