光伏發電站系統的優化設計建設探討

郭生全

（國電格爾木第二光伏發電有限公司，青海 格爾木 816000）

開發利用新能源是實現綠色環保的可持續發展戰略的重要途徑，而我國也為新能源產業的發展提供了有力的政策支持。在各種新能源中，太陽能不僅具有可再生性，而且清潔無污染，其應用技術也相對比較簡便成熟。近年來我國在光伏發電方面的技術設備得到了較快的發展，同時光伏發電站系統的建設規模及項目數量也在逐步增加，為我國很多地區提供了電力供應，成為電力系統的重要組成部分。但是在光伏發電站的設計和建設中還存在一些問題，影響了光伏發電的效率和經濟收益。因此需要對光伏發電站的設計進行優化，提高設計的科學性和合理性，并要對多種設計方案的經濟性進行優化分析。在光伏發電站系統的建設中科學地進行站址以及設備的選擇，從而使光伏發電站系統能夠實現更大的經濟效益和社會效益。

1 優化光伏發電站系統的設計

1.1 提高太陽能資源計算分析的準確性

對太陽能資源進行準確的計算分析，是優化光伏發電站系統設計的基本前提。因此設計人員應首先根據光伏發電站系統建設區域的太陽輻射的實際變化情況來對資源條件相關數據信息的準確性和有效性進行驗證分析，同時在選擇代表性數據時應科學運用統計概率的計算方法。同時，設計人員還應全面分析光伏發電站系統所在區域的氣象條件和環境因素，從而對資源損失系數以及各種影響因素加以明確[1]。此外，在計算太陽位置參數時應提高計算公式選擇的科學性和合理性，從而提高計算結果的準確性，對陣列面的輻射量進行優化，從而有效將由于參數選擇以及計算軟件應用方面的不同而產生的誤差控制在合理的范圍內。此外，在計算輻射量時應將光伏發電站系統的實際陣列面作為基礎，合理選擇計算模型，提高計算分析結果的精度，從而為計算光伏發電站系統的間距和發電量以及發電站的收益分析提供更加可靠的參考數據。

1.2 優化光伏組件的連接方式設計

光伏發電站系統所在區域的太陽輻射以及氣象條件等因素會直接影響光伏發電的能力。因此在選擇逆變器以及相關組件時應根據氣象數據以及測光數據等確定其規格參數，合理設計光伏發電站系統的串并聯方式。此外，設計人員還應綜合考慮太陽輻射的實際變化以及相鄰電站的發電情況對光伏發電站系統的影響，并根據計算結果對串并聯方式進行進一步的優化。在優化光伏組件的串并聯方式時，應將其輸出電壓控制在逆變器的工作電壓以內。

在選擇串聯組件的數量時應綜合考慮環境溫度、輸入電壓的最佳值以及太陽輻射值等因素，準確掌握各種因素之間的相互關系，提高串聯設計的合理性。而在光伏發電站系統組件的串聯設計中，在條件允許時其輸出電壓可以取最高值，以減少直流所產生的電能損耗[2]。在選擇串聯組件的數量時，應在綜合考慮環境溫度、輸入電壓的最佳值以及太陽輻射值等因素的基礎上，還要考慮直流損耗對輸出功率所產生的影響，合理確定組件的性能參數，以提高光伏發電系統對太陽能資源的利用率。

1.3 優化光伏陣列的傾角設計

以并網集中式光伏發電站系統的設計為例，當設計方案采用的是固定安裝方式時，光伏陣列的最佳安裝傾角應根據發電量全年最大值時的傾角來確定。而當設計方案采用的是自動跟蹤的斜單軸安裝方式時，在確定支架轉動軸最佳傾角時則應綜合考慮風載對支架結構穩定性的影響、建設成本以及全年發電量等多種因素。因此在設計光伏組件的布設方式時應對多種設計方案進行綜合性的比較分析，在保證其技術指標符合相關的設計規范的基礎上應提高設計的經濟性，對設計方案進行合理的優化。

2 優化光伏發電站建設的有效途徑

2.1 提高光伏發電站選址的科學性

建設光伏發電站時，首先應對站址進行優化選擇。建設單位應對所選站址區域內的實際電網負荷、地理條件以及環境特點等因素進行綜合的分析。以站址的地理特點為例，如果選擇荒漠等地勢比較平坦的區域時，能夠為光伏發電站系統的建設提供便利條件。而如果受客觀條件限制，需要在濕熱的沿海地區建設光伏發電站系統時，選址時應選擇抑制防護PID性能較好的地區來建設光伏發電站系統[3]。在山丘分布廣泛的地區進行光伏發電站系統的建設時，應保證建站地區不會出現站址遮擋失配等問題。環境條件也是建設光伏發電站系統時的一個重要影響因素，如果光伏發電站系統所在地區雷電災害比較頻繁時，在光伏發電站系統的建設中需要為相關設備加設防雷設備，以防止光伏設備受到損壞。另外，如果光伏發電站系統需要在年降雨量比較豐沛且空氣濕度比較大的區域進行建設時，在施工過程中則要對相關的系統設備采取有效的防腐處理措施。

由于光伏發電站系統存在多種類型，因此在建設中也要根據其類型特點來選擇相應的光伏發電站系統站址。以光伏分布式發電站系統為例，其主要功能是為鄰近地區提供電力供應，因此在建設選擇中應盡量選擇周邊地區中能夠較好接入中低壓電網的建筑集中區域或城市。而光伏集中式發電站由于其能夠達到5 MW以上的容量，因此應進行選擇在具有較高太陽能資源以及氣候條件比較有利的荒漠地區來建設光伏發電站系統。

2.2 提高光伏發電站組件選擇的科學性

建設光伏發電站系統時，還要對系統設備的相關組件進行優化選擇。在組件的選擇上既要考慮其極化腐蝕效益以及應用效率等因素，同時也要對系統設備的經濟性進行充分的考慮。在光伏發電站系統的建設實踐中，同時采用多晶硅組件來進行大型光伏發電站系統的建設，其單款功率達到了250 W以上，同時具有較好的經濟性；而薄膜組件則比較適用于一體化光伏發電站系統的建設。建設單位還應對設備衰減問題進行深入的研究。造成設備衰減問題的因素比較復雜，比較常見的有電勢誘導以及光致衰減等原因。通過總結光伏發電站系統的建設經驗可以發現，第一年設備組件的衰減率達到了2%～3%之間，而后衰減率則基本會保持在0.8%以內。組件衰減問題難以完全克服，因此在建設光伏發電站系統時應在系統內部加設具有較強抗過載性能的逆變器設備或者電池板，以盡可能減少衰減問題發生的概率。此外。電池組件出現衰減的原因主要是熱斑效益，所以在光伏發電站系統的建設中應盡量選擇具有較好耐久性的熱板。

3 結語

為了實現我國社會經濟的可持續性發展，新能源的開發利用已經成為發展的主要方向之一，而光伏發電站系統對我國的國民經濟建設具有十分重要的意義和作用。雖然我國目前在光伏發電站系統的設計以及建設中已經取得了長足的進步，但是還需要不斷對其設計方案以及建設方法進行優化。光伏發電站系統的設計建設單位應充分結合光伏發電站系統的特點，優化設計方案，提高選擇以及建設設備選擇的合理性，使光伏發電站系統能夠更加充分高效的利用太陽能資源，并推動我國經濟建設向低碳環保方向發展。