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，我國經濟實現了飛躍式發展，自然資源緊張問題隨之凸顯。我國幅員遼闊，光照充足，太陽能發電市場前景十分廣闊。太陽能光伏發電是當前新型能源開發利用中的一項重要形式。國家不斷加大對可再生能源開發的鼓勵和扶持，陸續推出了一系列光伏發電項目建設的支持政策，國家能源局《關于下達2015年光伏發電建設實施方案的通知》（國能新能[2015]73號）也對地方光伏發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。積極發展太陽能光伏發電，是我國十三五能源規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

人類的生存與發展，離不開能源的支持。石油、煤炭等傳統能源緊張問題日漸凸顯，嚴重限制了人類文明的發展，已經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研究工作。太陽能光伏發電具有高效、環保、清潔、綠色、可再生的特點。太陽能光伏發電是利用光伏電池吸收太陽輻射能，將之直接轉換為電能的發電技術。我國太陽能光伏發電事業起步較晚，經過幾年的發展，也取得了階段性成效，是我國新型清潔能源產業中的中堅力量。

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換為電能，這個運作機理決定了光伏發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律，太陽光輻射強度呈現出由低到高，再由高到低的周期性特點，太陽能光伏電站的發電效率也隨之呈現出對應的周期變化。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、閃變等電能質量問題，是電網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光伏電站二次系統設計予以充分考慮。

1.2 靜止發電性

太陽能光伏發動屬于靜止型發電，電站所用設備中不包含旋轉部件，部件損耗速度慢，維護、保養難度和成本較低，在進行電氣二次系統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，我國大型并網光伏電站多在西北、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，在設計光伏發電站控制方式時多采用遠程監控或集中監控模式。

2 太陽能光伏電站設計影響因素分析

2.1 氣象環境因素影響分析

氣象條件是對于太陽能光伏發電影響最為顯著的因素之一。氣象環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出來，進而對太陽能光伏發電產生直接影響。在進行光伏電站的設計時，要充分考慮電站所處地區的自然氣象、氣候條件，科學設置適應當地氣象環境的氣象環境設備，保證設備功能與當地氣象環境相契合，充分發揮應有效能。

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據，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據，可選擇場址附近已有的長期測光資料對場區內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軟件對太陽能光伏電池的傾角進行調節，使得光伏電站的年發電量最大。

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或者沿海灘涂地區，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 太陽能光伏電站經濟性影響因素分析

太陽能光伏電站作為能源產業的重要一環，經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，確保電站建成投產后的經濟效益達到預期水平，要堅持用發展的眼光看待問題，要著眼于區域經濟的未來發展以及光伏企業的規模效應，科學確定太陽能光伏電站的數量以及規模。

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境、施工條件、交通運輸的狀況，選用行業內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品。根據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。對于光伏系統年發電量，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 光伏電站的開發模式

光伏電站需要占用大量的土地資源，傳統的電站建設完成后，光伏支架下方的土地大多處于閑置狀態，綜合利用率不高。光伏電站宜采用“農光互補”、“漁光互補”以及“鹽光互補”等綜合開發模式，將農業生產與光伏產業相結合，將帶動其它相關產業發展，實現真正意義上的高效綠色循環產業。電站設計階段需要考慮后期其它產業生產的需要，實現光伏發電和綠色產業生產經營的雙贏。

4 結束語

以太陽能為代表的新型清潔能源是未來能源產業的主流發展方向。我國是能源利用大國，同時具有豐富的太陽能光伏資源，發展太陽能光伏產業的條件和需求同時具備。大力發展太陽能光伏發電，不僅可以緩解我國能源緊張的局勢，還可以大幅降低煤炭、石油等傳統能源消耗，減少環境污染，提高環境質量，對于我國具有中國特色的社會主義建設事業健康穩步發展有十分重要的積極意義。

參考文獻

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