沙漠地區光伏電站控制樓與配電室的適配性研究

1.光伏電站防塵防沙設計的必要性

沙漠地區豐富的太陽能資源為光伏發電提供了得天獨厚的條件，但同時面臨著嚴峻的防塵防沙挑戰。研究表明，光伏組件表面1微米厚的灰塵層可導致發電效率下降 25.5% ，長期暴露在沙塵環境中，效率可能降低 35%^[1] 。在沙漠地區建設光伏電站時，必須高度重視控制樓與中壓配電室的防塵防沙設計，確保電站安全穩定運行。塔克拉瑪干沙漠地區的實踐表明，合理的防風固沙解決方案可有效提高光伏電站的運行效率和使用壽命[2]。針對沙漠地區光伏電站的特點，開展控制樓與中壓配電室防塵防沙設計適配性分析具有重要實踐意義。

2.沙漠地區光伏電站建設環境特點

2.1氣候環境特征

沙漠地區氣候環境具有明顯特征：年降水量稀少，蒸發量大，氣候干燥；日照時間長，太陽輻射強；晝夜溫差大，季節溫差顯著；風沙活動頻繁，沙塵暴多發。以我國西北地區為例，河西走廊地區年均日照時間達3000小時以上，太陽能資源豐富，但同時也是我國沙塵暴高發區，年均沙塵天氣可達30天以上。這些特殊的氣候條件對光伏電站的建設提出了嚴峻挑戰。庫布齊沙漠某光伏電站的研究數據顯示，沙塵天氣對光伏組件的發電效率影響顯著，采取有效的防風固沙措施可提高發電量 15% 以上[。

2.2地質條件特點

沙漠地區的地質條件主要表現為：地表主要由松散的沙質土壤構成，承載力相對較低；地下水位埋藏較深；土壤鹽堿化程度較為嚴重。這些獨特的地質特點，給光伏電站的建設帶來了不小的挑戰，尤其是在基礎穩定性方面。同時，也加大了控制樓與配電室防塵防沙的工作難度。庫布齊沙漠某光伏電站的實際經驗顯示，那里的沙丘移動速度相當快，每年可達3至5米，這往往會導致控制樓與配電室周邊沙丘不斷堆積，給電站gt;gt;阿爾及利亞比斯卡拉省萊格魯斯市光伏項目。顧寧／攝電運行帶來安全隱患。

此外，沙漠地區的地表溫度極高，晝夜溫差巨大。在炎熱的夏季，地表溫度可以輕松攀升至 70^°C 以上，而到了夜間，則會急劇下降至 20^°C 以下，這種極端的溫度變化對建筑結構的密封性能構成了嚴峻考驗[4。更為嚴重的是，高鹽堿的環境條件會加速建筑材料的腐蝕過程，從而縮短防塵防沙設施的使用壽命，增加電站的維護成本。

3.控制樓與中壓配電室防塵防沙設計要點

3.1建筑布局與朝向設計控制樓與中壓配電室的建筑布局與朝向設計是防塵防沙的首要考慮因素。

根據沙漠地區主導風向特點，建筑物長軸應盡量與主導風向平行，這樣可以減小迎風面積，有效降低風沙沖擊力。研究表明，當建筑物與主導風向呈 30^° 夾角時，建筑物周圍的沙粒堆積量達到最少[5]。同時，控制樓與配電室之間需要保持適當距離，避免形成“風道效應”，減少沙粒在建筑物間的堆積現象。實踐證明，建筑物之間的最佳間距應為建筑物高度的3至5倍，這樣既能避免風沙在建筑物之間形成渦流，又能保證消防安全和維護通道的暢通。

在整體布局方面，應充分考慮地形特點，優先選擇地勢較高、地表平坦的區域建設控制樓與配電室，盡量避開沙丘移動路徑和風沙匯集區。塔克拉瑪干沙漠光伏電站的實踐經驗表明，將控制樓與配電室布置在地勢較高處，可降低 30% 以上的防塵防沙維護成本[。為形成有效防護，控制樓與配電室周圍應設置防風固沙綠化帶或人工屏障，構建多層次防護體系。這些防護帶的寬度應不少于20米，植被選擇應以耐旱、耐風沙的本地物種為主，確保其在惡劣環境中能夠正常生長并發揮防護作用。

3.2建筑結構與材料選擇

控制樓與中壓配電室的建筑結構應采用抗風沙性能好的設計方案。建議采用鋼筋混凝土框架結構，提高整體抗風能力。外墻應采用雙層墻體設計，增強保溫隔熱性能的同時，提高防塵防沙效果。研究表明，采用空心磚墻體結構，內填保溫材料，外貼防水防沙涂層的復合墻體，其防塵防沙效果比普通墻體提高 45% 以上。墻體外表面應采用納米級防沙涂料處理，形成疏水疏油的表面，減少沙塵附著，便于雨水沖刷和風力吹掃。

材料選擇方面，應優先考慮耐磨、耐腐蝕、抗老化性能好的建筑材料。外墻宜選用表面光滑的材料，如涂覆防沙涂料的金屬板材或經特殊處理的混凝土板材，這類材料能有效減少沙粒附著。屋頂設計宜采用坡度適中的坡屋頂，有利于沙塵自然滑落，防止積沙。庫布齊沙漠某光伏電站實踐證明，采用 15^° 至 20^° 坡度的屋頂設計，可減少 80% 以上的屋頂積沙量。屋頂材料應選用輕質高強、耐候性好的復合材料，并在表面涂覆具有自清潔功能的納米涂層，充分利用風力和降雨的自然作用減少沙塵積累。同時，屋頂排水系統應采用大截面設計，防止沙塵堵塞，并需定期清理維護，確保排水通暢。

門窗是防塵防沙的關鍵薄弱環節，應選用氣密性好、抗風壓強度高的產品。門窗框與墻體連接處應使用彈性密封膠密封，有效減少縫隙。門窗玻璃宜采用中空鋼化玻璃，這種材料既提高抗風壓能力，又具備良好保溫隔熱性能。同時，在門窗外側安裝防沙百葉或防沙網，作為抵御沙塵的第一道防線，能顯著減少沙塵進入室內的可能性。對于頻繁開啟的出入口，設置雙層門斗或旋轉門形成氣閘效應，能有效阻斷沙塵隨人員活動進入室內。

4.中壓配電室特殊防塵防沙設計

4.1設備布局與安裝要求

中壓配電室作為光伏電站的核心設施之一，其設備布局與安裝要求對防塵防沙效果具有重要影響。設備布局應遵循“高進低出”原則，進風口設置在高處，出風口設置在低處，減少沙塵在設備表面沉積。設備之間應保持足夠的間距，便于清潔維護，防止沙塵在設備間隙堆積形成“熱島效應”。

設備安裝方面，應采用抬高安裝的方式，確保設備底部與地面保持一定高度，這樣能顯著減少地面沙塵對設備的影響。相關研究表明，將設備底部抬高30至50厘米，可減少 50% 以上的沙塵積累。此外，設備安裝過程中需充分考慮抗震要求，宜采用彈性支撐或減震裝置，這不僅能減輕沙塵振動對設備的損害，還能提高設備的運行穩定性。設備基礎應進行防潮防腐處理，提高在沙漠環境中的適應性和使用壽命，確保長期穩定運行。

配電柜、變壓器等關鍵設備應采用全封閉式設計，提高防塵防沙等級。設備外殼防護等級應達到IP65以上，這樣才能確保設備在嚴重沙塵環境中正常運行。設備進出線口是沙塵入侵的常見通道，應采用密封套管處理，有效防止沙塵通過線纜間隙進入設備內部，保障設備安全穩定運行。

4.2通風散熱與過濾系統

中壓配電室的通風散熱系統是防塵防沙設計的關鍵環節。應采用獨立的通風系統，與控制樓分開設計，這樣才能滿足不同設備的散熱需求。通風系統宜采用正壓設計，保持室內壓力略高于室外，有效防止沙塵通過縫隙自然進入。進風口位置應設置在建筑物背風面，并安裝防沙罩和多級過濾裝置，這種設計能確保進入室內的空氣潔凈度，大幅降低設備受沙塵影響的風險。

過濾系統應采用“粗、中、細”三級過濾方式。第一級為粗效過濾器，主要過濾大顆粒沙塵；第二級為中效過濾器，過濾中等粒徑的沙塵；第三級為高效過濾器，過濾微小顆粒。采用三級過濾系統后，進入配電室的空氣中沙塵含量可降低 99% 以上。為便于維護，過濾器安裝位置應考慮可達性，并設置檢修通道。

對于高發熱設備，可采用封閉式水冷系統或熱管散熱技術，這類散熱方式能減少對外部空氣的依賴，大幅降低沙塵侵入風險。塔克拉瑪干沙漠某光伏電站的實踐經驗清晰表明，采用封閉式散熱系統的設備，其故障率比采用傳統風冷系統的設備明顯降低，運行更為穩定可靠，維護成本也相應減少，是沙漠環境中光伏電站配電設備的理想散熱解決方案。

5.結束語

首先，沙漠地區光伏電站的防塵防沙設計必須基于對當地環境特點的深入理解，包括氣候特征、地質條件和風沙活動規律。其次，控制樓與中壓配電室的防塵防沙設計應采用系統工程的思路，從建筑布局、結構設計、材料選擇等多方面綜合考慮，形成完整的防護體系。最后，中壓配電室與控制樓在防塵防沙設計上既有共性要求，又有各自的特殊性。中壓配電室更注重設備安全，而控制樓則需要兼顧人員舒適度。

參考文獻：

[1]曾春江、李龍、胡鵬等。不同措施對光伏電站風沙環境及土壤的影響[J].內蒙古林業科技，2024，50（3）：1-6.

[2]劉長春。光伏電廠防風固沙綠化設計方案[J].現代農業科技，2012（18）：2.

[3]劉建立、陳步寧、周玉生等。一種沙漠光伏電站系統的建設方法 ：CN201510416029.2[P].CN105165304A[2025-06-14].

[4]陳麗琴。一種荒漠光伏電站設備的防沙太陽能光伏板 ：CN201811218104.4[P].CN109412525A[2025-06-14].

[5]張建營。一種用于集中式光伏逆變器的散熱防塵裝置：CN201720518024.5[P].CN207098950U[2025-06-14].

[6]王夢南、崔巍、王景航等。塔克拉瑪干沙漠光伏電站防風固沙解決方案淺析[J].太陽能，2023（11）：74-79.作者單位：中國電建市政建設集團有限公司