水上PV電站整體設計研究

尚榮

摘 要 現階段部分地區因為電力傳輸等外在條件的影響，PV（photovoltaic，光伏）電站建設受到一定程度的制約。而水上PV電站建設由于其本身較強的特性，所以近年來逐漸被PV電站開發、設計人員所重視。基于此，文章將以水上PV電站整體設計研究作為主要目標，在此基礎上予以深入的探究，相關內容如下所述。

關鍵詞 水上光伏;電站;設計

1水上PV電站的建設要點

水上PV電站的建設過程中需要考慮多種因素，其中資源、發電量、設備選型和基礎形式是最為重要的四個要素。

（1）資源。我國水面資源分布以南多北少為典型特征，其中湖泊總面積為9.1萬平方公里，養殖水面1.2億畝，8.6萬座水庫的水面總面積3843萬畝，這些水面都具備一定的光照資源，具備一定的水上PV開發潛力。

（2）發電量。水上PV的發電量是影響水上PV電站規劃和建設的重要因素之一。與傳統的地面PV電站相同的是，水面PV發電量仍然受傾斜面上的輻射量（地區輻射量、組件傾斜角度）、系統系統效率、組件衰減等因素影響，同時，區別于傳統地面PV電站的是，水上PV發電量還受溫度和水面發射率等因素的影響。由于水域比熱比陸地大得多，因此當水陸接收到相同的太陽熱量時，水體的氣溫變化必將小于陸地，而且太陽輻射可透入較深的水層，水體的亂流混合作用較強，使得水體吸收到的太陽輻射相對均勻地分布于上下各層次。這就大大緩和了氣溫的日變化和年變化，使得冬季水體暖于陸地，而夏季涼于陸地。因此，夏季水體對PV組件的冷卻效應，能夠從根本弱化組件外層的溫度，因此深化發電率。冬季輻射量處于低值，水溫會超過陸地，水溫對PV發電的影響并不明顯。水上PV電站中，水面的反射率也影響到水上PV發電系統的發電量。PV組件傾斜面上的輻射系數會受到陽光散射輻照、直接輻照以及反射輻照系數的影響。其中，反射輻照和反射系數為正相關，反射系數越高，其反射輻照系數也隨之增加。

依附于大量水、陸PV電站比較結果發現，較之屋頂與陸地，通過同樣角度設置的電池板，水上PV發電系數能夠提高百分之十五左右。日本兵庫縣于2014年4月～2015年3月期間在小野市凈谷町的凈谷新池水面上，就輸出功率為40kW的浮體式PV發電設備實施了驗證實驗。5月下旬公布了實驗結果：較之屋頂以同樣角度設置的電池板，發電量提高了14%。不同基礎形式的水上PV電站中，打樁式和浮體+支架+電池板均可調節最佳傾角獲得最大的發電量。而對于浮體+電池板類型的水上PV電站，傾角為10～20°，并不滿足最佳傾角。由于水上PV主要集中在中東部、南部地區，最佳傾斜角度偏低，角度對于水面系統發電量的影響不大，更多的影響因素是水體的水冷效果[1]。

2水上PV電站設備選型

水上PV電站包括PV組件、逆變匯流箱、浮體等主要部分。

（1）PV組件。一般采用散熱快、溫差小的雙玻組件。雙玻組件沒有金屬邊框，耐腐蝕，同時還可以抗PID衰減。

（2）逆變匯流箱。地面系統PV逆變器室中防護級配相對偏低，通常為IP20，室外則以IP54防護級配為主。水上PV電站逆變器盡可能以IP65級配為主。對于水域情況復雜，則要采用IP67級配。匯流箱一般系統大多以IP65為主，水上PV發電系統盡可能采用IP67級配。值得注意的是，水上PV電站匯流箱、逆變器要求高，應采用水上專用逆變器，加強維護。

（3）浮體。水上PV電站中，浮體的選擇要求具備耐腐蝕、抗紫外線、抗凍脹、抗風浪、壽命長、可重復利用等特點，但實際中，大多數浮體都有易燃及紫外線分解等特性，支架易腐蝕的特點。為解決這一問題，水上PV電站的浮體通常選擇對高密度聚乙烯浮體進行處理防止降解，防火，并加強支架防腐[2]。

3水上PV電站基礎形式

水上PV的基礎分為樁柱式和漂浮式兩種類型。樁柱式水面PV電站的組件主要用作支架的支撐，將支架安裝在樁上，樁放置在水中。此方式適用于潛水池。具有便捷、施工速度快，等優點。其缺點為船運維護，水深太大提高投入資金。同時其預制管樁、端頭制作PV支架系統。樁徑要依附于工程的實際環境予以進一步的明確。

樁柱式水上PV電站的匯流箱安裝于PV支架背面。組串式逆變器安裝于PV支架上，集中式逆變器根據距離安裝于岸邊或者水上平臺上。箱變則根據距離安裝于岸邊或者水上平臺上。水體深度較大的湖泊，通過塑料浮體支撐電池板與設備，同時將浮體放置在岸邊與水底。按型式分為兩種：浮體+支架+電池板和浮體+電池板。浮體+支架+電池板的水上PV電站通過設計合理的浮體。具有可以按最佳傾角進行布置，可以提高發電量等優點。其缺點是用鋼量及浮體用量大。浮體+電池板的水面PV電站通過設計合理的浮體，其優點是有用鋼量少，減輕浮體上重量，安裝、維護方便。缺點是電池板傾角受浮體限制（一般不超過20°），無法達到最佳傾角，影響發電量。浮體允許隨水位變化，但應防止其碰到岸邊，故需根據浮體離岸距離、水深等確定固定浮體的方式：用繩索將浮體固定于岸邊，適用于距離岸邊較近的浮體[3]。

4結束語

綜上所述，我國水面資源分布以南多北少為典型特征，其中湖泊總面積為9.1萬平方公里，養殖水面1.2億畝，8.6萬座水庫的水面總面積3843萬畝，這些水面都具備一定的光照資源，具備一定的水上PV開發潛力。水面PV發電量仍然受傾斜面上的輻射量（地區輻射量、組件傾斜角度）、系統系統效率、組件衰減等因素影響，同時水上PV發電量還受溫度和水面發射率等因素的影響。由于水上PV電站不占用農業和采礦資源的土地，考慮水冷效果，發電量同比提高10%～14%，具有可觀的經濟效益，因此具備水上PV電站建設條件的區域可大力開發水上PV發電產業。

參考文獻

[1] 陳東坡.我國水上PV電站的新機遇、新發展和新挑戰[J].電子產品世界，2017，24（5）：3-5.

[2] 高赟，趙娜，賀文山，等.水上PV電站設計要點和經濟性分析[J].太陽能，2017（6）：18-22.

[3] 王方毓.水上太陽能PV電站的技術特點及應用[J].工程技術研究，2017（10）：76-77.