水面光伏電站設計要點分析

李永富 李風洲

摘??要：在可持續發展戰略持續深入推進的背景下，水面光伏電站憑借著環保性能優越、可提高土地資源利用率以及提高發電量等優勢，逐漸在國內受到重視和大力推行。為切實提高水面光伏電站的建設成效，文章先是對水面光伏電站做出了簡要介紹，并基于此分別從地址選定、設備選型以及陣列設計等方面，針對其設計要點展開了深入探討，以此助推水面光伏電站建設工作不斷向好發展。

關鍵詞：水面光伏電站???建設活動???設計要點???選型選址???電纜敷設

中圖分類號：TM615

Analysis?of?Design?Essentials?for?Photovoltaic?Power?Stations?on?the?Water

LI?Yongfu??LI?Fengzhou

（SN?Nanjing?Energy?Holdings?Co.，?Ltd.，?Nanjing，?Jiangsu?Province，?210000?China）

Abstract：?In?the?context?of?the?continuous?promotion?of?the?sustainable?development?strategy，?photovoltaic?power?stations?on?the?water?have?gradually?been?valued?and?vigorously?promoted?in?China?by?virtue?of?their?advantages?such?as?having?superior?environmental?performance，?improving?the?utilization?rate?of?land?resources?and?increasing?power?generation.?In?order?to?effectively?improve?the?construction?efficiency?of?photovoltaic?power?stations?on?the?water，?the?article?first?briefly?introduces?the?photovoltaic?power?station?on?the?water，?and?conducts?an?in-depth?discussion?on?its?design?essentials?from?the?aspects?of?address?selection，?equipment?model?selection?and?array?design，?in?order?to?promote?the?continuous?development?of?the?construction?of?the?photovoltaic?power?station?on?the?water.

Key?Words：?Photovoltaic?power?station?on?the?water;?Construction?activity;?Design?essentials;?Model?selection?and?site?selection;?Cable?laying

近年來，由于受到土地資源緊缺等因素的限制，導致陸地光伏電站的建設難以得到持續有效推進。在這種背景下，水面光伏電站開始受到人們的重視，這種電站能夠浮于水面進行發電，而且可在水塘、水庫以及河流等區域進行建設，具備著不占用過多土地資源以及發電量高的特點。因此，有必要對水面光伏電站設計要點做出深入研究，從而確保此類電站能夠充分發揮出應有價值和作用。

1??水面光伏電站概述

對于水面光伏電站來講，其主要指的是在一系列水塘、水庫還有湖泊等區域建造而成的相應光伏電站。其屬于光伏發電的一種新型建設方式，結合其基礎類型的差異，能夠分為樁基固定式與漂浮式兩大類型[1]。其優點在于可以節約土地資源、發電效率高、環保、成本低以及可同步水產養殖等，現階段已經成為電力系統中的一個重點研究內容。

2?水面光伏電站設計要點研究

2.1??做好選址工作

在建設水面光伏電站時，選址工作屬于一個重點內容，此項工作一般分為以下兩部分。首先，搜集各類有關資料，包括政策、資源以及附近項目資料等，然后對資料開展分析工作過，估算項目的具體規模、發電量以及建設成本等，并且明確初步收益率；其次，前往現場開展實地考察工作，一般涉及對周圍環境與建設條件等方面的考察[2]。

2.2??做好設備選型工作

2.2.1?光伏組件選型

對于光伏組件來講，其屬于水面光伏發電系統中的一個核心設備，其質量的優劣能夠對整個發電站的實際發電性能以及效益產生決定性的影響。現階段技術相對較為成熟的光伏組件大體分為3種類型，即晶體硅光伏組件、高倍聚光型光伏組件以及薄膜光伏組件。由于水面光伏電站所處的環境較為潮濕，組件比較容易出現PID衰減現象，所以水面光伏電站通常建議選用雙玻組件（如圖1所示），這種組件發電量高以及抗PID性能強，而且散熱快、溫差小，目前有著廣泛運用。除此之外組件背面可以接收到的相應反射光較為有限，所以站在經濟性角度來看，通常還會選用單面光伏組件。

2.2.2??逆變器選型

在選用逆變器時，需要注重依照相關原則進行選定，通常包括以下幾點：（1）選用運行比較穩定、效率高以及質量較好的設備；（2）對于直流輸入電壓有著比較良好的適應能力，一般適應范圍越寬越好；（3）設備自帶的保護功能應切實滿足工程建設需要；（4）有相對較為良好的低電壓穿越能力；（5）選定的設備需要有良好監控性能，同時還要具備較強的數據信息收集能力；（6）對于所選設備必須保證有高功率因數，除此之外，還要保證有較小的波形畸變。

目前來看，在工程實踐中常見的逆變器主要涉及兩種，即組串型逆變器以及應用較為廣泛的集中型逆變器，后者不但功率相對較大，而且成本造價也相對有優勢，所以在水面光伏電站設計中一般建議選用集中型逆變器。

2.2.3?匯流箱選型

水面光伏電站實際所處環境一般為高溫、高濕環境，部分情況下存在鹽霧等環境。這些環境會導致電氣設備的一系列金屬部件出現加速腐蝕問題，而且水浪也會對設備進行拍打，所以對匯流箱等各種設備的防水能力有著相對較高的要求。一般情況下，匯流箱防護等級應該選型為IP67，能夠有效抵抗水浪拍打。此外，箱體應該有涂層設計，這樣可以增強設備的防腐能力。

2.2.4?浮體選型

對于漂浮式水面光伏電站來講，必須要借助漂浮設備來有效地支撐光伏電池板，所以對浮體臺架本身的抗腐蝕能力、抗風浪以及抗凍脹還有承載力等各個方面均有著相對較高的要求。現階段浮體常用材料主要為高密度聚乙烯，強調質量要輕以及浮力大、有著良好的抗風能力、抗沖擊能力以及耐腐蝕能力，還要能夠耐高溫，并且對水資源無危害，適應環境溫度需要達到-70～110?℃之間[3]。

2.3??做好基礎形式的選定工作

2.3.1?樁柱式基礎

對于樁柱式基礎來講，指的是組件需要支撐于支架上，然后支架需要固定在樁上，最終樁設置在水中的一種基礎形式，通常適合用在水深相對較淺（通常在3?m以下）的淺水魚塘或者是煤礦塌陷區、小型湖泊等。這種基礎的主要形式一般為水泥預制管樁，整體建設作業具備著簡便易行、成本適宜等特點，而且水域還能夠用來養魚，可以獲取到較為良好的經濟效益，但此類基礎在實際開展維護作業時需要用到船，而且如果水位太深實際造價相對較高。結合有關設計要求來看，樁基底部設計深入池塘底需要達到3?m以上，對于上部樁端需要超過設計洪水位0.4?m以上。如果水深為3?m，那么樁基高度需要達到6.4?m以上。

對于采用樁柱式基礎建設的水面光伏電站來講，匯流箱和電纜橋架需要借助架空方式進行敷設，然后固定在預制管樁上。通常情況下，匯流箱與橋架最低點必須要超過水面實際最高水位0.5?m以上。如果是水域面積相對較為寬闊的水面，應該將逆變器與變壓器等合理地安裝在選用了預制管樁基礎以及圈梁結構的相應平臺上；而針對水面相對較窄的水域，對于逆變器與變壓器室一般可安裝在岸邊位置。

2.3.2?漂浮式基礎

對于漂浮式基礎來講（如圖2所示），通常在水域深度相對較大（超過3?m）的區域中進行運用，主要借助浮體的浮力來有效地承載電池板與一系列有關設備的重量，同時將浮體有效地固定在岸邊與水底。通常情況下浮體主要借助高密度聚乙烯管進行連接成排，然后借助水的浮力充分支撐來自上部光伏系統的荷載，同時前后排光伏支架需要借助連接桿逐漸地構成一個整體。對于浮體而言，其可以隨著水位的持續變化而發生相應的改變，但需要注意浮體嚴禁與岸邊進行碰撞，因此，在建設期間應根據兩者之間的間距及水體的實際深度來合理地選用固定浮體的具體方式。目前來看，常用的方式主要包括以下幾種。

（1）浮體固定在岸邊。借助繩索有效地將浮體固定在水域岸邊，一般適合用于距離岸邊相對較近的浮體，此種方法施工簡便，成本較低。這種浮體固定型式有著相對較高的承載力，而且在使用期間可以很好地適應水位變化；除此之外，此種方式一般不會受到水體深度或者是水下地形等一系列因素的干擾或者是影響，也比較容易進行安裝，非常快捷方便，具有良好的環保性。但是這種型式大多數情況下僅適可設置在岸邊或相應的淺水區，這也使得其適用范圍相對較小，無法在大型水庫等區域進行安裝，同時建設期間的作業工具也較為復雜特殊，纜繩方面也要盡可能地貼近水面，這會導致很多類型的船只無法使用，因此會對運維通航活動產生一定的不良影響[4]。

（2）浮體固定于樁上，同時借助繩索固定浮體，一般比較適合用在一些距離岸邊相對較遠的浮體，并且實際水深相對較小的區域（通常不超過15?m）。這種固定型式實際承載力相對較高，而且準許相對較小的系泊半徑；除此之外，這種型式通常情況下不需開展拖拽作業，因此建設成本較低，但必須在水中實施打樁作業，對于各類設備的租賃成本也相對較高一些。最關鍵的一點是，鉆樁活動可能對水庫自身的防滲層造成影響和破壞，且大部分水域不準許進行打樁，因此適用范圍較為局限。

2.4??光伏陣列設計

以國內某水面光伏電站設計為例，針對光伏陣列設計做出介紹。該水面光伏電站最終決定對相應的傾角光伏發電模式進行運用，對于實際裝機容量，達到了74.69?MW，為了保證該電站的運行穩定性以及可靠性，配套完成了升壓站方面的建設活動，共計1座。除此之外，案例工程為了合理利用水域面積，對分塊發電進行了運用，在完成匯流活動后通過一系列線纜和裝置接入升壓站，再開展集中并網活動。在實際建設期間每3.12?MW發電系統可以看作是1個組成模塊，共計需要建設19個模塊。結合設計方案來看，每個模塊當中需合理地設置一系列太陽能電池板，具體數量約為7?300塊，均采用是單面單玻晶硅板。在開展建設作業時每26塊光伏板進行合理組串，最終還需要將每20串全部合理、適宜地接入相應的匯流箱當中。案例工程建設期間，每14臺方陣用到的一系列匯流箱必須要合理地與安逆變升壓一體機做出連接，對于具體的升壓值應保證達到35?kV。對于本工程當中的光伏子陣則應該通過35?kV集電線路合理、適宜地連接相應的光伏升電站[5]。

3??結語

綜上所述，對于水面光伏電站來講，其能夠有效地規避土地限制問題，同時能夠與水產養殖活動進行有機結合，可以獲取到共贏的效果，此外水面光伏電站的建設還滿足我國可持續發展以及生態文明建設的相關要求，所以其未來發展前景十分廣闊。為切實提高水面光伏電站的建設成效，確保水面光伏電站能夠充分地發揮出應有的價值和作用，文章針對其設計要點做出了深入探究，以此進一步提高水面光伏電站設計水平，提升電站整體建設質量，從而確保水面光伏電站建設活動能夠實現高質量發展。

參考文獻

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• 葉筱，蔣克勇，徐雯，等.一種帶有浮體下水防擠拉功能的水上光伏浮體陣列的研制[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2021，26（3）：75-79.?
• 陳寅，王接宋.大型水面光伏電站風載荷設計優化及數值分析[J].廣東石油化工學院學報，2021，31（6）：33-35，39.?
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• 常穎，馬建軍，陳博，等.東北寒冷地區水面漂浮式光伏電站關鍵技術綜述[J].?水電與抽水蓄能，2021，7（6）：98-102.?