集中式光伏电站设计与设备选型研究

集中式光伏电站设计与设备选型研究

唐石山

身份证号码：440106197205124013

摘要：随着经济实力的提升，国民生活水平得到改善，社会生产生活用电量加大，为保证充足供电，同时响应国家“3060”的绿色低碳目标（即：2030年前、碳达峰、2060年前碳中和（“双碳”）目标），我国正大力发展光伏发电站和海上风电等绿色清洁能源。而集中式光伏电站设计，以及设备选型，对发电站的正常工作具有重要意义，本文将从分析光伏电站的设计原则，及太阳能阵列设计相关内容为出发点，重点阐述该电站选型，以望借鉴。

关键词：集中式光伏电站；太阳能阵列；设备选型；组件支撑

引言：近年来，我国光伏电站逐渐得到广泛应用，装机容量随之扩大，在此基础上，光伏电站设计在业内获得专业人士关注，设备选型已成为具有现实意义的术业研讨，因此，研究此项课题，具有十分重要的意义。

一、光伏电站设计原则

光伏电站的设计需要保持环境安全，贯彻落实安全运行，技术可靠以及健康环保的理念，完善工程设计。工程设计需要进行完整的规划，尽可能体现工程实施的实际进展，科学技术作为第一生产力是电站发展的基础，在实际建设中应严格把控经济成本，将工程造价控制在合理水平。光伏电站在具体选址时，应结合具体的日照参数，比如，年日照总数，日照比例，紫外线辐射量，年均气温，寒流天气总占比等。截至目前，我国将太阳能资源划分了三类地区，综合实际的电价标准，实行相应的补贴政策，一类地区主要分布在西北地区，太阳能资源丰富，电价补贴在最低水平，三类地区在东南沿海一带，电价补贴最高，因其太阳能资源最差，二类地区电价处于平均水平，由此可见，大陆境内光伏供电与太阳能供电的搭配度并不高。电价的巨大差异亟须在该地区内寻找合适的资本投入，确保投资和收益成正比例发展。光伏电站的选址除了考虑日照时间，还必须明确地块权属，国家对于光伏电站占用土地有严格的要求。荒地、滩涂、未利用地优先考虑。建设用地有一定的难度，湿地保护、保护区、基本农田与草地、林地的土地为红线禁止使用。充分考虑厂区地理位置，结合当地地形地貌以及土质情况，科学评估地形构造，是否发生地震危害，以及山体滑坡，洪水灾害等问题，确定厂区的水质条件，当地防洪情况，不仅如此，关注厂区周边的人文发展，交通情况；明确当地矿产等自然资源，结合自然环境保护规定，以此落实厂区建设。

二、太阳能阵列设计

（一）太阳能组件的选型

    太阳能组件的选型十分重要，具体选取时，应结合工程背景，考虑供应商的整体规模，结合行业内部实际业绩水平，以制造标准作为生产的第一准则，严格要求工作人员的技术操作熟练度，分析其设备运行可靠性，基于该技术的发展前景，综合行业进展趋势等因素。对于已得到广泛应用的组件，结合当前设备使用率，计算组件设备的更新换代程度，机器磨损率以及该电站的年均发电量等综合数据，将其作为重要的数据基础。在面积相同的情况下，每组光伏组件都需要综合考虑峰值功率，尽可能选取峰值较大的光伏，可极大程度上减少面积损失，有效改善线路损坏情况，从而减少组件安装需求，集成线路的应用也将得到巨大改善，降低施工要求，截至目前，我大陆境内电站组件的选取十分单一，绝大多数均选用多晶硅组件，除此之外，相同的电站应选择同一制造商，保持规格相同，且参数相同，并保证是同一批次，如此一来，不仅可以有效促进工作效率，能保持设备新换代速度一致，保证整体设备的稳定，另外，如果是高湿或高温环境，选择抗PID组件最为适宜[1]。

（二）太阳能组件的排布

太阳能组件的排布需要遵循专业技术原理，以科学的计算方法确保组件倾斜角度，据调查得知，太阳能组件的排布十分重视光影，前排以及后排的阴影遮挡应保持在理想水平，该组件阵列需要与建筑物保持一定距离，当阳光照射建筑物阴影最大角度时，观察具体遮挡情况，不仅如此，周围建筑环境，同样是影响组件排布的重要因素，应结合地理条件做合理预判。通常情况下，冬至日作为一年中日照时间最短的日子，从早上9点开始，到下午三点，短短六个小时的日照时间，为组件阵列创造了良好的时间条件，该工程矩阵均不会受到遮挡。排布时组件之间通常会产生较大的缝隙，将其看作通风渠道，会为组件排布创造良好的空间环境。

组件的排布不仅需要结合外界环境优势，其内部组装需要在自身特性的影响下，作具体的理论计算，定期设置测试，组件的排布方式分为横向以及纵向，二者由于排列方式的不同，发电量也随之不同，据专业调查显示，横向较纵向多出至少2%的发电量，最高不超过5%，横向排布方式具体由4块组成，竖向排布与其块数相同，以纵向排布，分为上下两部分，上面2块，下面2块，与纵向排布不同，横向组件排布经济成本投入较大，无论是钢筋材料的选用，还是安装工程量的总使用数，每兆瓦数均较纵向排布多出不超过20吨，而且，横向排布由于组件分布范围较宽，多数情况比竖向排布面积覆盖率大，至少多出二成比例，由此可见，其横向排布方式不仅技术成本高，而且实施难度大，所以，应时刻关注其设备安装。

三、组件支撑的部分设计

（一）基础支架的选取

    组件支撑作为光伏电站的典型的设备选型对发电具有十分重要的作用，组件支撑不要注意基础支架的选取，应时刻关注支架系统的选取，首先，作为基础支架的选取，技术人员应充分考核建筑地基承载力，结合基础抗倾覆力度，综合抗拔技术，以及抗滑技术，进行综合计算，确保基础结构的稳定，截至目前，我国广泛应用钢筋混凝土技术，将其作为工程基础，其条形基础技术，以及水泥管桩基础，均得到的大量应用。钢筋混凝土的适用条件有限，地质条件要求较高，例如，农光互补等。钢筋混凝土多采用实时浇筑的方式，突出优势在于实际施工难度不大，平面定位要求较高，定位操作性强，平面或顶部坐标易于控制在标准水平，其抗颠覆性较强，表面较粗糙使其抗滑性专业，综合效果接近理想水平，基于此，可有效保证电站的外形效果，在为人们带来良好视觉效果的基础上，确保角度精准，但也具备诸多缺陷，尤其是该电站的实际建设工期较长，大型机器常对地面造成严重的破坏，地基建设中的土方回填，深挖，以及后续工程中的钢筋混凝土浇筑难度较大，实际建设量巨大；水泥管桩的应用主要是为了解决因恶劣条件导致的工程困难，尤其是地质条件差的环境，其技术实施的突出表现在集成成品度高，预制品完成较快，工程效率高，破坏程度较小，整体工程量不断缩短。但其也具有十分显著的不足，为确保该技术顺利实施，要求技术人员具备较高的专业水平，打桩技术实施难度较高，需在充足的经验指导下进行，导致总体施工难度大，基础平面以及顶部坐标选取可控性不强，常发生二次倒运的现象，无形中增加了工程量。如果是非正常土质表层，卵砾石表层较为常见，建桩方式困难，易造成断桩现象，实际工程适用条件匹配度不足。所以，应结合建筑地理条件，以及工程需要做出合理的解决方案[2]。

（二）支架系统的选取

    我国光伏电站适用的支架系统较为宽泛，比如，倾角固定式，水平单轴跟踪式等，支架安装分为固定式和非固定式，固定式作为传统的安装方式，操作成本较低，安装工程简易，操作周期较短，其设备较为固定，系统不需要实施维护，使用面积较小，而自动跟踪式支架系统技术投入大，安装成本高，内部机器运行不稳定，设备不耐用，维修次数多，未免受到建筑阵列遮挡，加大占地面积，但无形中增加了资金投入，总体发电量较现有固定角式扩大了2到三成，目前为止，跟踪式系统通过技术人员的研发，使用价值高。故结合综合因素分析，跟踪式支架系统适合地质条件较好的地点。

结论：综上所述，为确保光伏电站稳定发电，太阳能资源丰富，以及地理环境优势明显的地区较为适宜，可极大程度上促成与相关部门的合作，顺利通过专业评估，效率高，运行稳定且不易损坏的光伏组件是当前建设必需，应在工程建设中采取合适的排布方式，结合总体工程特点，选取合适的支架系统。

参考文献：

[1]田晓军,张铁壁,金坎辉.集中式光伏电站电网接入系统的典型设计方案[J].太阳能,2020(12):77-81.

[2]任昱华. 集中式光伏发电模型设计及应用[D].西安电子科技大学,2019.