淺談水面漂浮光伏發電的施工技術

王建純

（湖南六建機電安裝有限責任公司，湖南 長沙410015）

目前，國內光伏發電站主要有分布式、集中式、塔式、屋頂式等，均為地面光伏發電站。隨著土地資源的緊缺，地面式光伏發電站的可利用程度越來越有限，因此，水面漂浮光伏電站將成為光伏電站發展的重要趨勢。

水面漂浮光伏發電站是利用水上基臺將光伏組件漂浮在水面進行發電，硬件組成部分主要為浮體架臺、光伏組件、匯流箱、逆變設備、變壓器、集電線路等。根據國外多年使用經驗及數據顯示，水面漂浮光伏電站與地面式光伏電站相比，不占用優良土地資源，發電量同比提高約10%，節能環保、運維方便，投資收益率較高。

1 工程概述

本次案例為“鳳臺縣顧橋鎮顧橋礦采煤沉陷區150 MW水面光伏電站項目”，該工程位于安徽淮南鳳臺縣顧橋鎮顧橋礦采煤沉陷區，規劃容量為150 MW，采用水面漂浮陣列，布置60個MW光伏陣列。項目建成后光伏電站年均發電量約1.65億度，年均產值1.75億元，每年節約標準煤7萬噸，減少煙塵排放量949噸 、二氧化碳排放量21萬噸。

2 浮體架臺

浮體架臺是水面光伏電站的重要支撐平臺，關系到整個光伏電站能否正常運行發電，必須具備良好的抗腐蝕性、低密度、抗凍脹、抗風浪等特性。目前國內外水面光伏浮力系統主要有HDPE浮體、浮體＋鋼構、浮體發電一體化等三種形式。

本項目采用的是HDPE浮體方案，所有浮力、結構受力均由HDPE浮體提供和承載，包括主浮體、走道浮體和匯流箱浮體。主浮體用于固定和承載光伏組件；走道浮體主要供人員巡檢維護用，同時兼做主浮體的連接浮體；匯流箱浮體用于安裝匯流箱、組串式逆變器等設備，同時兼做電纜的敷設通道。

浮體架臺安裝有兩種方式：（1）岸邊拼接浮體水上安裝設備；（2）岸邊浮體組件安裝后整體入水。本項目采用第二種安裝方式，為便于在岸上組裝、吊運浮體，將100 kW容量面積均分為4個單元，每平方米由4個浮筒組成，負載為350 kg／m2。支架采用鋁合金支架并作防腐處理，安裝于H型鋼上。H型鋼采用高強螺栓連接，表面涂刷防腐漆。離岸較近采用活動鉸接裝置，將浮體、連接桿和岸邊串聯在一起；或用纜繩錨固于岸上。通過拉簧固定裝置將浮體平臺與水底混凝土錨塊固定在一起，拉簧裝置由特制的防腐天然纖維和金屬元件組成。

3 光伏組件

本項目采用285 Wp高效單晶硅雙玻組件，尺寸為1 658 mm×992 mm×6 mm，安裝位置應位于安裝孔尺寸附近，保證組件受力均勻，即浮體尺寸在組件長度方向最小尺寸為840 mm，組件寬度方向不應小于組件安裝水平投影長度。組件開箱后，立即進行安裝連接并將陣列接入匯流箱，避免水汽進入導致連接和安全問題。為了避免電弧和觸電危險，在有負載的情況下不可斷開電氣連接，同時必須保持連接器干燥和清潔，確保處于良好的工作狀態。

組件的表面與水平面縮成的夾角為組件的傾角，本項目組件最佳傾角為12°，當組件正對陽光時，將會獲得最大功率的輸出，同時在下雨時表面灰塵容易被雨水帶走，從而減少組件清洗次數，有利于組件表面的積水流走，避免長期大量積水在玻璃上留下印跡，影響組件外觀和性能。

4 電纜敷設

光伏專用電纜沿組件下方，浮體上敷設，在組串端沿走道浮體敷設接入匯流箱，直流干線電纜經走道浮體接入逆變升壓裝置，光伏專用電纜、直流干線電纜、通訊電纜、接地電纜都沿該浮體敷設，所有暴露在陽光下的電纜都需要穿護線管。浮體上安裝的電纜固定支架用于固定所有電纜，確保電纜在水面上不出現晃動。支架與浮體處的連接按照螺栓、支架、平墊、彈墊、螺母的順序，將支架固定在匯流箱承載浮體上。電纜敷設安裝示意圖如圖1所示。

圖1 電纜敷設安裝示意圖

5 匯流箱

對于大型光伏并網發電系統，匯流箱用于連接組件和逆變器，可以很好地減少電纜數量，簡化逆變器直流側的設計，確保系統安全，是核心設備之一。

本項目采用水上專用光伏匯流箱，提高了匯流箱的防護等級，優化了接線端子的布局，增加了直流斷路器的耐壓。水上專用匯流箱V352技術規格如表1。

安裝匯流箱時，先在浮臺上安裝匯流箱固定支架和電纜固定支架，敷設電纜。當電纜敷設完畢后，再將匯流箱安裝在匯流箱固定支架上。通過匯流箱兩側的掛耳與安裝平面固定。采用臥式安裝法，按照螺栓、平墊、彈墊、掛耳、支架、螺母的順序，將匯流箱固定至支架平面上，扭矩為18 N·m。匯流箱安裝示意圖如圖2所示。

表1 水上專用匯流箱V352技術規格

圖2 匯流箱安裝示意圖

6 逆變升壓單元

逆變器是光伏發電的核心設備，它將太陽能電池板產生的直流電轉換為標準的交流電。

為降低交直流線纜成本、變壓器成本、土建成本，縮短施工周期、減少工程用地，本項目采用逆變升壓一體化集裝箱解決方案。該集裝箱包含逆變器室，變壓器室，環網柜室。集裝箱直流側和交流側采用側進線方法，在浮體夾板上預留電纜敷設通道，集裝箱門前設置臺階。逆變升壓一體化集裝箱示意圖如圖3。

圖3 逆變升壓一體化集裝箱示意圖

集裝箱到達現場后，使用吊裝設備將其平穩地吊裝至逆變升壓浮臺上，調整浮臺使其保持水平，找平后將逆變升壓集裝箱焊接于浮臺連接處，并對焊接處進行防腐處理。通過動力牽引船將逆變升壓單元牽引至指定區域，進行錨固，同時與兩邊方陣之間通過纜繩固定連接。各類電纜通過電纜浮橋接入逆變升壓單元。

7 防雷接地保護

水中接地系統一般有兩種方式：（1）直接將接地極放置于水底；（2）采用外引接地極的方式將接地極移至方陣以外2 000 m以內的土壤電阻率低的區域，然后通過接地電纜將接地極和光伏方陣連接起來。

本項目采用水平外引接地極為主、垂直接地極為輔的接地方式。靠近岸邊的采用外引接地極的方式進行處理，遠離岸邊的區域，以直接就近水下接地為主。

整個光伏浮臺上，需要接地的設備包括匯流箱、逆變升壓浮臺，在光伏方陣內采用銅導線沿設備路徑對設備進行等電位連接，形成水平接地環網，相關設備就近接入接地網。靠近岸邊的，采用導線引至岸邊接地極，遠離岸邊的將接地環網就近接入水底錨固樁，錨固樁上預留接地角鋼。外引接地極的接地系統，在岸邊離方陣不超過2 000 m的區域設置地下接地極，接地極和方陣之間通過接地電纜完成電氣連接，需要保證接地電阻不大于4Ω。

8 結束語

綜上所述，水面漂浮光伏發電項目通過控制其浮體架臺、光伏組件、電纜敷設、匯流箱、逆變升壓單元、防雷接地保護等施工質量，確保工程質量符合國家質量標準，提高發電量、減少水面蒸發、節約土地資源，達到低碳、節能、綠色、環保的目的，具有顯著的社會和經濟效益。