高寒地區獨立光伏電站設計方案探討

摘要：光伏發電是能夠將太陽能轉換為電能的新能源技術，隨著近年來我國光伏發電產業的飛速發展，國內光伏電站的裝機容量也顯著提升。高海拔地區地處偏遠，交通環境較差，為了給當地居民提供穩定的電力供應，滿足高海拔地區居民的生活基本需求，必須加強在高海拔地區的電力網絡建設。高海拔地區的自然生態環境有著重要的保護價值，傳統火力發電不適合在當地實際情況，而采用光伏發電作為主要的電力生產模式具有保護生態環境的意義，但高海拔地區氣溫較低，為了保證光伏電站的安全運行，必須做好獨立光伏電站的設計工作。本文總結了高寒地區獨立光伏電站設計要關注的基本問題，深入分析探討了適合高寒地區的獨立光伏電站設計方案，以供參考。

關鍵詞：高寒地區;獨立光伏電站;設計方案

引言：

獨立光伏發電站是以光伏發電技術作為核心技術的電力生產場所，光伏發電技術的有效應用不僅能滿足相應的電力生產需求，給予周邊地區居民生活工作所需的電力供應服務，同時也能避免對周邊生態環境造成的污染問題。但高海拔地區的氣溫較低，電氣設備長期處于低溫環境，也考驗著整個電力系統的性能，而光伏發電所使用的蓄電池是否能夠在低溫環境下運行也是需要重點關注的問題。高寒地區的獨立光伏發電站必須結合當地地理環境與氣候環境，制定更具可行性的設計方案，通過電氣設備合理的選擇與電站規劃，降低高海拔地區環境因素對獨立光伏發電站造成的負面影響。

1.獨立光伏電站設計中要關注的基本問題

1.1 高寒地區電站設計的基本原則

高寒地區的電站設計與常規的電站設計有一定區別，高寒地區的海拔高度一般為4000m以上，受到海拔過高的影響，高寒地區的氣溫常年處于較低水平，同時高海拔的地理環境也導致道路公路工程的施工難度較大、施工成本較高，這也導致高寒地區的交通環境普遍較差，這些問題都是高寒地區電站設計時要考慮在內的因素。另外，針對電站維護人員文化水平較低、維護能力不足的問題，為了保證光伏電站的穩定運行，必須在設計中注重提升獨立光伏電站的自動化水平，簡化電站電力系統的操作控制，減少多人力資源的需求，同時要加強自動化控制系統的自動排障功能，這樣才能設計出更適應高寒地區的光伏電站。在此基礎上，在設計中還要做好對電氣設備的合理選擇，優選性價比更高、更適合高寒地區運行的電氣設備，這有利于控制電力生產成本與維護成本。

1.2 獨立光伏電站的選址要點

獨立光伏電站的選址是否合理，很大程度上會影響對太陽能資源的獲取效率，進而影響整個光伏發電系統的發電量。獨立光伏電站的選址應該選擇在采光條件較好、采光面廣的區域，而電站要盡可能挑選用電負荷中心地帶，擴大電網的覆蓋范圍，同時也有助于縮短輸電線纜的長度，縮短電能傳輸距離就能減少電能在傳輸過程中發生的損失。另外，建設獨立光伏電站的區域盡量空闊，所在區域內應不存在過多較高的建筑物或林木植物，建筑與林木會遮擋太陽能電池板的儲電效率，我國高寒地區的太陽能電池板要選擇面朝正南的方向，這樣能夠獲取更多的太陽能。

1.3 電站規模的設定

電站的建設規模需要根據當地電力需求量來決定，電站容量的設計要以準確的電力負荷調查結果作為設計依據，根據電力負荷調查結果來最終確定電站的容量。在測算工作中必須考慮到太陽能電池板光伏陣列的匹配損失，其中包括太陽能電池板上是否存在灰塵、陽光遮擋以及玻璃面板老化等因素，另外還要分析光伏電站的電氣設備給電力轉換效率帶來的影響，其中就包括逆變器效率、蓄電池充放電效率以及線路上的電力損失等。

2.獨立光伏電站設計中的關鍵技術分析

2.1 太陽能電池板方陣的設計

在獨立光伏電站的設計中我們必須關注的重點就是對太陽能電池板方陣的設計，首先就是太陽能電池板方陣的傾角設計，太陽能電池板的傾角關系著整套光伏發電系統的輸出功率，光伏發電最好的太陽能獲取狀態就是陽光的入射光角度與太陽能電池板保持垂直狀態，而這就需要太陽能電池板方陣能夠根據太陽的位置調節面板角度，進而獲得最佳的傾角角度。獨立光伏發電系統主要以蓄電池作為儲能裝置，電池板的充電效率與蓄電池的實際容量有直接關系，當蓄電池蓄滿電力后，電池板方陣所產生的電能就會無處存放，進而成為無效能源。因此，在設計太陽能電池板方陣的傾角時，要考慮太陽能電池板方陣在各月份能夠獲取最大限度的太陽輻射，進而提高電能的平均獲取量。在對我國高寒地區的氣候環境調查中現實，我國高寒地區的3～9月份是太陽輻射量獲取最高的時期，在6～7月份期間獲取的太陽輻射量更是高于月平均值30%左右;而在10～2月份期間，太陽輻射量明顯小于年平均值，低于月平均值的30%左右。為了提高獨立光伏電站的發電量，我們必須通過設計好太陽能電池板方陣的傾角，讓其能夠在冬季能夠獲取更高的太陽輻射量。

在太陽能電池板方陣的設計中還要注意保證太陽能電池板方陣間距的合理性，在保證各太陽能電池板不會相互遮擋的前提下，對太陽能電池板間距進行調整，這樣有利于節省空間資源。獨立光伏電站的太陽能電池板方陣必須保證全年不會被遮擋，獨立光伏電站要有充足的空間資源保證太陽能電池板方陣的架設。在獨立光伏電站實際運行中發現，每年秋冬兩季的下午4點以后，太陽能輻射強度會快減弱，太陽能電池方陣即便不存在相互遮擋也不會在獲得較多的充電能力，所以在設計太陽能電池方陣間距時，只需保證冬季早8點至下午4點之間不會存在遮擋即可。

2.2 光伏電站蓄電池容量的設計

在獨立光伏電站的設計工作中必須關注對蓄電池的設計，蓄電池容量決定著光伏電站的充電效率，其關系著光伏電站的正常運行，同時蓄電池的使用效率在光伏電站的建設中也占建造成本的很大比例。為了獲取更多電能，必須注重考慮當地用戶用電量實際情況，合理選擇蓄電池容量。在設計蓄電池容量時，不僅需要關注電力系統負載的用電量情況，還需要考慮當地氣候環境的影響。例如當地出現連續陰雨天氣時，蓄電池可持續天數是否能夠保證正常的電力供應，另外還要考慮蓄電池充放電效率、逆變器效率以及交流配電線路的電阻情況等參數。最后在設計蓄電池時，還要考慮到蓄電池的抗寒能力，眾所周知，低溫環境下會加快蓄電池電力損失的速度，也會縮短蓄電池的使用壽命。

通常情況下，獨立光伏電站使用的蓄電池容量較大，電力系統工作電壓較高，此時就必須通過蓄電池的串并聯設計才能滿足獨立光伏電站的運行要求。考慮到蓄電池單體之間的差異，必須選擇單體蓄電池一致性能較高的蓄電池產品，同時還要對蓄電池的控制電壓進行合理設置，這是確保蓄電池組穩定運行的重要基礎。

2.3 高寒地區鉛酸蓄電池的設計

目前，適用于高寒地區獨立光伏電站的蓄電池為鉛酸蓄電池，在設計工作中主要關注電池的電容量，提高電池的耐寒屬性，這樣就能夠延長蓄電池使用壽命，避免供電不足問題的發生。為了保證蓄電池處于最佳的工作溫度，可合理規劃蓄電池組的布置位置，通過供暖設施的引入提升蓄電池工作環境的溫度，目前市場上的鉛酸蓄電池最佳工作溫度為20℃左右，因此在設計時要保證蓄電池工作環境能夠達到這一標準，優先選擇保溫性能較好的太陽能機房作為蓄電池組的布置區域。另外，通過充電控制器的設計也能提升獨立光伏電站的溫度補償能力，保證光伏電站的穩定運行。而在鉛酸蓄電池的設計中，也可以通過遮光覆蓋來避免蓄電池收到陽光的暴曬，以此保證蓄電池能夠獲得更長的使用壽命。

結束語：

綜上所述，提高高寒地區獨立光伏電站設計水平，延長電氣設備使用壽命與應用效率，有助于為高寒地區居民提供更穩定的電力服務，讓我國電力產業得到進一步發展。

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作者簡介：王榮祥，男，安徽宿州，本科，工程師，新能源技術。