光伏電站設計建設的關鍵技術研究

陸廣萍

（中城院（北京）環境科技有限公司，北京 100120）

當前，我國各行各業對電量需求顯著增加，因此要求我國發電行業不斷加強技術升級改造，尋求新型的電能制造方法，對電力行業發展方式進行優化研究與論證，不斷推進技術改造升級，其中出現的重要研究成果之一為太陽能光伏電站的快速發展。當前，我國很多地區均不斷加強光伏電站的建設，不斷推進建設進程，增強建設效益，有效緩解了我國電能資源緊張的局面。

1.光伏電站設計建設的主要影響因素

1.1 地形條件

在布置光伏電站過程中，應當與當地的地形條件結合在一起，增強光伏電站布置的科學性，綜合布置最為適宜的地理位置。例如，我國北方地區呈現出荒漠化、沙地化、石漠化的特征，各種地形起伏較大，不同小區域的內部朝向也有所差異，且布局地區存在殘丘、沖溝等現象。因此，當前光伏電站建設環境整體較為復雜，需要結合當地光照、地形等多種要素，將電站的建設定位與建設需求相結合，為了充分利用當地的光照，在建設光伏發電場過程中應當與當地地理狀況相結合，采用支架布設方式進行立柱搭建，實現對系統的優化布局[1]。

1.2 支架及支架基礎設計

支架及支架基礎布設過程中應當結合當地自然環境與條件進行，使得支架設計能夠滿足當地自然氣候的挑戰。在項目建成之后，履帶式鉆孔設備的良好運行可能受到風力等多種環境因素的影響，加劇了設備運行中的不穩定性。光伏電站建設周期較長，當前，此類電站快速發展，給項目備案與管理增加了一定的壓力。光伏電站組件布置過程中對精密度要求較高，在運行中容易受到外力擠壓、碰撞等不良因素的影響，導致出現一定的損壞，在布設過程中要求精度能夠達到相應的要求，優化安裝操作流程，符合設計要求[2]。

2..光伏電站設計建設的關鍵技術

2.1 光伏發電站資源分布發電量計算技術

為了優化光伏發電站的建設與管理，要求對當地太陽能資源進行綜合測算與分析，聯合運用多項計算技術與工具，測算當地既定太陽能資源條件之下能夠產生的發電量，包括當地太陽能資源的輻射情況、輻射量等。地形條件、氣象環境因素等對太陽能資源起到一定的影響作用，對當地太陽能資源進行測算分析，評估太陽能資源的豐富程度與穩定程度。豐富程度的判斷標準如表1所示。

表1 太陽能資源的豐富程度

選取一年中固定的時間進行太陽能資源數據收集，包括夏冬兩個重點季節，同時結合氣象部門對當地太陽能資源的專業測算結果，例如某地光伏發電站的測量與計算結果如表2所示。

表2 發電量計算結果

采用跟蹤式布置方式能夠顯著提升發電量，具有較強的性價比，在總造價中占比20%～30%，在布置過程中應當設置合理的角度，設置15°和36°，每年調節1次，能夠提高2.9%發電量；設置55°和37°，每年調節1次，能夠提升1.6%。與水平總輻射量相比，高緯度地區發電量相對較大。在從太陽能資源生成到電能資源的過程中，不可能對全部的太陽能資源進行轉化，必然存在一定的電量損失現象，因此要求對能量轉化過程中的損失情況進行測算，主要的損失方式有電路電器使用中的損失情況、相關系統設備運行中的電能損失等。地面電站發電量一般在80%，屋頂電站發電量一般在75%，晶硅電池溫度響應系數0.35%～0.45%/°C，非晶硅電池的溫度響應系數0.2%/°C，要求結合具體的系數進行測算[3]。

2.2 鉆孔錨桿灌注樁基礎的關鍵技術

部分光伏電站建設在山地地區之中，當地地形條件較為復雜，往往存在沖溝、陡坡等，在此種場地之下布設鉆孔錨桿灌注樁存在著一定的作業隱患，一般常規的鉆孔裝置難以進行支架基礎的鉆孔作業。同時在山地地區之中，往往地表風化現象較為嚴重，土層的穩定性較為有限，在作業中容易出現支架基礎晃動的現象，給工程正常施工造成了不良影響。由此在施工作業中，在常規鉆孔設備運用的基礎上聯合運用鉆孔錨桿灌注樁，使用空壓手風鉆促進鉆孔作業，增強整體鉆孔施工作業效果。

2.3 山地光伏組件布置間距技術

基于光伏發電的光熱原理，施工場地的光照時間應當達到6h，但是在山區條件下，地形條件較為復雜多變，在光伏發電組件布置過程中應當達到良好的科學布置效果，避免不同組件之間出現陽光遮擋，在具體作業過程中要求有效解決這一問題。山地光伏組件布置間距技術當前運用較為廣泛，技術組合包括地理信息系統、遙感技術、全球定位系統，在具體光伏電站建設維護過程中，利用相關數據資源設置適宜的坡向與坡度，采用3S空間分布方式，對光伏組件設置支架，優化光伏組件陣列布置，使得陣列間距能夠達到良好的運用效果。通過對山地光伏組件布置間距技術的運用，在光伏電站設計過程中能夠有效分析光伏電站場地小地形因子，并結合當地地形的實際情況設置最佳的光伏組件，避免由于間距統一使得組件分布范圍較廣、占地面積較大，顯著減少組件布置中的誤差，提升光伏電站發電效率。

2.4 滑動可調型光伏支架運用技術

在支架施工作業過程中，由于測量誤差以及實際施工作業可能存在的誤差，支架基礎可能偏離既定的位置，若偏離位置不大，則影響較小，對工程施工整體安全性的影響較為有限，但是在山區之中，此種影響可能會加大。因此在設計過程中可以及時改造常規支架設計，例如，在支架系統斜梁位置布置可調孔，一旦在作業中出現支架偏離現象，則及時在支架斜梁位置調節螺栓，并轉動連件，對支架立柱位移及時予以調節，從而在施工作業中保證斜梁與支架立柱連接處于合理的范圍內，以此增強支架安裝的安全性，符合施工作業的條件。

2.5 防雷接地設計技術

太陽能光伏電池板是一種鋁合金框架的絕緣體，防護過程中在外圍四周布置避雷針，并在不同避雷針之間運用避雷線連接。在布置過程中應當注意避免避雷線與避雷針投影不落入光伏電池板方陣內部。此種保護方式雖然難以覆蓋全部的光伏電池方陣，但是一旦發生雷擊，避雷針以及避雷線能夠吸引大部分雷擊，從而使得其他地方免除雷擊侵害。

將發電場電池板周圍的鋁合金框架作為接閃裝置，利用金屬支撐架連接地網，應當重點保護中心控制室的電氣設備。接地裝置采用公用地網的布置方式，以此消除不同系統地線間的高電位差，避免對電壓系統造成不良影響。防雷接地電阻數值一般小于10Ω，并能夠滿足太陽能發電系統的設備管理要求，并結合接觸電壓與跨步帶壓之間的屏蔽效應。垂直接地體運用50mm×50mm×4mm、長度2.5m的鍍鋅角鋼，地網網格5m×5m，水平接地體鍍鋅扁鋼規格為40mm×4mm。在鹽堿地等腐蝕性地區或者高土壤電阻率地區，運用非金屬接地模塊如表3所示。

表3 ZGD型系列低電阻接地模塊各項數值

2.6 光伏電站并網技術

為了促進電能資源的高效利用，滿足多個不同部門對電能資源的實際需求，要求利用光伏電站并網技術，使得制造的電能資源能夠被高效利用。光伏電站并網運行受到多個要素的影響，包括電壓調節情況、電能資源的本身質量、電網實際運行情況等，因此與各項設備的實際運行情況相結合，不斷優化光伏電站并網設計，綜合測算在光伏電站并網運行中是否出現直流分量、閃變、電壓偏差等現象，此類現象的產生容易影響電網運行本身的穩定性，要求不斷優化電網設計中的相關技術，對光伏逆變器的控制方式進行必要的改造設計，保證電網運行質量。

結合當前我國電能調度部門對光伏電站調度作業的要求，不斷優化布置功率控制系統，有效收集各個部門運行中的相關數據，利用電網頻率值、電網調度部門指令，及時調整光伏電站運行中的相關參數，保持電力輸出功率及功率在合適的范圍內。大中型并網光伏電站應當具備較強的耐受電壓異常與系統頻率異常處理能力，一旦出現電網電壓或頻率異常時，系統能夠及時采取必要的應對措施。

2.7 太陽能光伏發電儲能技術

由太陽能電池板儲存電能，實現對可再生能源的最大化利用，以此保持本地供電的穩定性，實現對當地電能資源的有效存儲與運用，減少對常規電網的依賴與沖擊。優化光伏發電儲能裝置布置，促進電力調峰。常見儲能電池的性能如表4所示。

表4 常見儲能電池的性能

光伏發電電力輸出與管理過程中，與當前居民高峰用電與低峰用電的實際情況相結合，進行相應的電能生產與管理，優化電網內部儲存裝置布置，為電網有效運行提供基礎與依據。在電網運行的低峰時段，對不必要的電能資源進行存儲與管理，以此供給高峰時段的電能使用。結合波峰及波谷的電力需求量，對電力資源裝置進行一定管理，確保光伏發電系統的正常運行。

3.結語

光伏電站的建設原理是利用太陽能進行電能制造，是一種綠色生產方式，在具體建設過程中對環境要求較高，在建設與設計過程中要求與當前林業政策、國土政策、當地發展環境相結合，突破外界因素的干擾，不斷加強關鍵技術創新，推進光伏電站建設進程，選用適宜的防雷接地設計技術，布置避雷針，光伏電站并網運行過程中需要綜合考慮功率、電能質量、電網異常現象、電壓調節功能等，以此豐富我國能源建設路徑。