太陽能光伏電站設計要點及影響因素分析

摘 要：自然資源緊張是全世界共同面對的問題。近些年來，我國經(jīng)濟實現(xiàn)了飛躍式發(fā)展，自然資源緊張問題隨之凸顯。我國幅員遼闊，光照充足，太陽能發(fā)電市場前景十分廣闊。太陽能光伏發(fā)電是當前新型能源開發(fā)利用中的一項重要形式。國家不斷加大對可再生能源開發(fā)的鼓勵和扶持，陸續(xù)推出了一系列光伏發(fā)電項目建設的支持政策，國家能源局《關于下達2015年光伏發(fā)電建設實施方案的通知》（國能新能[2015]73號）也對地方光伏發(fā)電項目建設容量提出了明確要求。相較于先進國家，我國太陽能利用技術尚處于起步階段，研究時間短、技術基礎薄弱，在實際應用中存在很多問題。積極發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，是我國十三五能源規(guī)劃中的重要任務之一。文章圍繞太陽能光伏電站設計有關問題進行探討，分析了太陽能光伏發(fā)電站的技術特性和光伏電站設計影響因素，闡述了太陽能光伏電站的設計要點，希望可以對設計人員更好地開展太陽能光伏電站設計工作有所幫助。

關鍵詞：太陽能光伏電站；設計；影響因素

引言

人類的生存與發(fā)展，離不開能源的支持。石油、煤炭等傳統(tǒng)能源緊張問題日漸凸顯，嚴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的難題。為妥善解決能源緊張問題，各國都下大力氣進行新型能源的開發(fā)研究工作。太陽能光伏發(fā)電具有高效、環(huán)保、清潔、綠色、可再生的特點。太陽能光伏發(fā)電是利用光伏電池吸收太陽輻射能，將之直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電技術。我國太陽能光伏發(fā)電事業(yè)起步較晚，經(jīng)過幾年的發(fā)展，也取得了階段性成效，是我國新型清潔能源產(chǎn)業(yè)中的中堅力量。

1 光伏電站運行特點分析

1.1 周期性、間歇性、隨機性

光伏電站吸收太陽光能并將之轉(zhuǎn)換為電能，這個運作機理決定了光伏發(fā)電效率必然受到太陽光輻射變化的影響。太陽光輻射有其自然規(guī)律，太陽光輻射強度呈現(xiàn)出由低到高，再由高到低的周期性特點，太陽能光伏電站的發(fā)電效率也隨之呈現(xiàn)出對應的周期變化。天氣變化導致太陽能輻照度變化，從而影響光伏電站發(fā)電效率，這些都說明光伏電站具有隨機性和間歇性。光伏電站出力的間歇性和隨機性會導致電壓波動、閃變等電能質(zhì)量問題，是電網(wǎng)安全運行的重要風險因素。上述因素都必須在進行大型并網(wǎng)光伏電站二次系統(tǒng)設計予以充分考慮。

1.2 靜止發(fā)電性

太陽能光伏發(fā)動屬于靜止型發(fā)電，電站所用設備中不包含旋轉(zhuǎn)部件，部件損耗速度慢，維護、保養(yǎng)難度和成本較低，在進行電氣二次系統(tǒng)設計時可以按照有人值守、無人值班模式進行設計。

1.3 場地偏遠性

太陽能光伏發(fā)電以太陽能為基礎能源，在太陽能電站建設項目選址時就傾向于選擇光照強度高、日照時間長、太陽能資源豐富的地區(qū)，我國大型并網(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)非常適合建設土地需要量很大的太陽能光伏電站。由于這些地方地廣人稀，地處偏遠，在設計光伏發(fā)電站控制方式時多采用遠程監(jiān)控或集中監(jiān)控模式。

2 太陽能光伏電站設計影響因素分析

2.1 氣象環(huán)境因素影響分析

氣象條件是對于太陽能光伏發(fā)電影響最為顯著的因素之一。氣象環(huán)境的變化往往會以太陽光到達地面的輻射強度變化的形式體現(xiàn)出來，進而對太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)生直接影響。在進行光伏電站的設計時，要充分考慮電站所處地區(qū)的自然氣象、氣候條件，科學設置適應當?shù)貧庀蟓h(huán)境的氣象環(huán)境設備，保證設備功能與當?shù)貧庀蟓h(huán)境相契合，充分發(fā)揮應有效能。

2.2 太陽能光伏電池最佳傾角影響因素分析

光伏電站的發(fā)電量取決于太陽能電池片吸收太陽光的情況，而后者又受太陽能光伏電池傾角的影響。在條件和工程進度充裕前提下，為了達到設計最佳效果，建設單位要在太陽能光伏電站所在場址設置太陽能觀測站，收集項目所在地的太陽能資源數(shù)據(jù)，測光時間應達到1年以上。若無項目所在地完整年的實際觀測數(shù)據(jù)，可選擇場址附近已有的長期測光資料對場區(qū)內(nèi)觀測站進行模擬測算，評估擬選場址的太陽能資源。從而對太陽能光伏電池傾角進行確定，在計算機的輔助下使用專業(yè)軟件對太陽能光伏電池的傾角進行調(diào)節(jié)，使得光伏電站的年發(fā)電量最大。

2.3 太陽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。陣風或強臺風威脅嚴重，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風設計。光伏方陣建于地面，方陣基礎須滿足抗壓、抗拔、抗傾覆等要求。安裝支架或線纜橋架等室外設備均需要考慮防腐蝕及抗鹽霧設計。防風和防腐設計是影響光伏電站使用壽命和投資回收的關鍵，設計人員需要特別注意。

2.4 太陽能光伏電站經(jīng)濟性影響因素分析

太陽能光伏電站作為能源產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán)，經(jīng)濟指標是其建設實施時必須考慮的重要問題。在進行光伏發(fā)電站項目前期決策階段，要充分對項目可行性進行論證，確保電站建成投產(chǎn)后的經(jīng)濟效益達到預期水平，要堅持用發(fā)展的眼光看待問題，要著眼于區(qū)域經(jīng)濟的未來發(fā)展以及光伏企業(yè)的規(guī)模效應，科學確定太陽能光伏電站的數(shù)量以及規(guī)模。

3 太陽能光伏電站的設計要點

3.1 電池組件的選擇

常用的太陽電池組件主要有以下幾種類型：單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。光伏電池組件的選擇應在技術成熟度高、運行可靠的前提下，結合電站周圍的自然環(huán)境、施工條件、交通運輸?shù)臓顩r，選用行業(yè)內(nèi)的主導光伏電池組件類型，重點選擇市場主流的一線供應商的產(chǎn)品。根據(jù)電站所在地的光資源狀況和所選用的太陽電池組件類型，計算光伏電站的年發(fā)電量，選擇綜合指標最佳的太陽電池組件。

3.2 太陽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式控制方式、被動式控制方式和復合控制方式。光伏陣列運行方式不同，其建設成本及年發(fā)電量也不同。其中固定式的建設成本最低，單軸跟蹤式的次之，雙軸跟蹤式的最高。對于光伏系統(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。對于系統(tǒng)的運行維護，相比于固定式，跟蹤式的結構復雜，且故障率較高，因而具有較高的維護與維修成本。因此，需要結合項目的具體情況，對投資成本、建設難度、運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”、“漁光互補”以及“鹽光互補”等綜合開發(fā)模式，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏產(chǎn)業(yè)相結合，將帶動其它相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)真正意義上的高效綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)。電站設計階段需要考慮后期其它產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的需要，實現(xiàn)光伏發(fā)電和綠色產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的雙贏。

4 結束語

以太陽能為代表的新型清潔能源是未來能源產(chǎn)業(yè)的主流發(fā)展方向。我國是能源利用大國，同時具有豐富的太陽能光伏資源，發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的條件和需求同時具備。大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，不僅可以緩解我國能源緊張的局勢，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，對于我國具有中國特色的社會主義建設事業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展有十分重要的積極意義。

參考文獻

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