浅谈光伏电站设计与设备选型

浅谈集中式光伏电站设计与设备选型

本文通过比较、提炼、总结相关设计参数，依据类似工程，对集中式光伏电站的设计与设备选型进行浅析。

一、光伏电站设计原则

设计应根据建设工程的要求，对建设工程所需的技术、经济、资源、环境等条件，本着认真贯彻“成熟先进、安全可靠、造价合理、节能环保”的原则，进行综合分析，论证，编制建设工程设计文件的活动。这是建设项目进行整体规划、体现具体实施意图的重要过程，是科学技术转换为生产力的纽带，是处理技术与经济关系的关键性环节，也是确定与控制工程造价的重点阶段。

（一）光伏电站建设的选择

全年总日照小时数、日照百分率、年总辐射量、年平均气温、年霜冻天数等参数是光伏电站选址的重要依据。

目前，我国根据各地区太阳能资源总量将全国化为I、II、III类分区，实行不同标杆电价补贴政策。I类地区太阳能资源总量相对较高，电价补贴相对较低；III类地区太阳能资源总量相对较低，电价补贴则相对较高。I类电价区主要集中在西北地区，年辐射总量1500~2000（kwh/㎡）；中部广阔地带为II类电价区，年辐射总量1000~2050（kwh/㎡）；III类电价区主要在东南沿海地区，年辐射总量1000~1600（kwh/㎡）。显然，我国光伏电站上网补贴电价与实际太阳能资源总量的对应并不完全匹配，如二类电价区的年辐射总量，以及超过一类电价区的年辐射总量的地区。在不同电价区寻找合适的投资地区，是获取收益的关键因素，即在相对高的电价补贴区内，寻找太阳能资源条件好的区域建设光伏电站，可以获得更好的收益。

新建光伏电站选址前应对该区域可利用面积进行评估，拟定总体建设规模。总体上要求足够大的可利用面积，能达到一定的总装机容量。如规模较小新建电站的接入系统线路、进场道路修建等，初投资费用会较大抬高单位造价，后期的运行维护如果不具规模同样会抬高维护成本，工程建设经济将大幅度降低。总体上要求建设规模大，接入系统线路近，进场道路修建短。

应明确光伏电站所选厂址的土地性质，使用权状况，石头纳入土地利用规范范围等；查明所选厂址的地址情况，合理评价地址构造、地震效应、山体滑坡危害及山洪暴发时洪水的排泄通道等；祥知厂址临近区域水文地质条件、防洪评价及水利保护等；熟悉厂址周边人文情况，交通运输条件等；了解厂址内无名胜古迹、未查明有重要矿产资源，远离文物保护区、自然保护区、军事设施区等，符合自然环境保护的有关规定。总体上要落实用地性质，查明地址情况，加强环境保护，避开文物矿藏。

要掌握当地产业政策，了解区域市场发展空间，熟悉项目建设必备条件，完成规划选址工作，通过踏勘调研提出规划选址建议，开展资料搜集和职称文件的取得，取得各主管部门批文，确保项目顺利通过各项评审。

（二）光伏电站总布置

应根据防洪、防震、防山体滑坡、消防、运行检修等方面的要求，按拟定总装机容量的规模对电站进行统筹安排、合理布置，实现运行安全无风险，消防环保无事故，经济效益更突出，检修维护更方便。光伏电站总布置应结合地形及地貌，避免大规模重新计划。电站生产管理区和生活区分开隔离，做到既能安全生产又能适宜人员生活。

二、太阳能阵列的设计

（一）太阳能组件的选型

主要考虑制造商的生产规模、行业业绩、制造水平、技术成熟度、运行可靠性、未来技术发展趋势等。查阅已投入生产的电站所统计的组件衰减率、损耗及年发电量等数据，可作为直观的分析、判断依据。同等面积的单块光伏组件应选用峰值功率较大的，以减少占地面积，降低线路损耗及组件安装量，集成线路的使用量和施工量。目前，国内电站主要采用多晶硅高效组件。整个电站应尽量选择同制造商、同规格、同批次的组件，这样，效率一致性相对较好，组件衰减率速度基本稳定。高温、高湿区域须选用抗PID组件。

（二）太阳能组件的排布

通过计算确定最佳倾斜角度，太阳能组件排列顺序必须考虑钱、后排阴影遮挡问题，以及太阳能组件阵列与建筑物的距离，最大角度位置的阴影遮挡情况，还应适当考虑地形因素的影响等。一般的确定原则是：冬至日当天早晨9:00至下午15:00的时间段内，组件阵列均不应被遮挡。在排布时组件与组件之间应留有一定的间隙作为透风通道。

依据组件自身特性和理论计算，组件横向排布方式比竖向排布方式大约可以增加2%~5%的发电量，横向排布方式从上到下一般排布4块，竖向排布从上到下一般排布2块。但横向排布比竖向排布支架使用量每兆多出20吨钢材料及后期安装工程量；横向排布比竖向排布会增加20%的占地面积；横向排布方式安装难度稍大。

（三）太阳能组件的组串方式

根据光伏组件开路电压的高低及逆变器直流侧输入电压的等级，结合当地太阳辐射条件，一般由18块或者20块组串成为一个基本发电单元。竖向排布时组串方式主要有：（I）上、下两层按顺序各组一串；（II）上层一半和下层一半按顺序共组成一串，另一半按顺序组成另一串；（III）上、下两层都按跳接的方式各组一串即按1、3、5~19、20、18~6、4、2的方式排布。三种排布方式光伏电缆用量（I）、（II）、（III），相对来说，第（III）种排布方式是科学的，减少直流损耗，可提高发电量。

集中式大、中型光伏电站建议采用竖向第（III）种排布方式；分布式小型光伏电站如农业大棚、屋顶光伏等有正好可利用资源时可采用横向排布。

三、组件支撑部分设计

（一）支架基础的选择

主要考虑满足地基承载力、基础抗倾覆、抗拔、抗滑移等计算要求，保证上部结构稳定。

目前，国内主要采用钢筋混泥土独立基础、钢筋混泥土条形基础、预应力水泥管桩基础等。钢筋混泥土基础主要运用在地址条件相对较好的地方，如“农光互补”、“畜光互补”、等。钢筋混泥土现浇型基础主要优势是施工难度较小，基础平面定位及基础顶层标高容易控制和抗倾覆、抗滑移性较好，整体效果好，电站建成后总体视觉感官好，更能保证最佳倾角的精确度。缺点是施工工期长，对地面的破坏较大，土方开挖、回填、模板配置、轧钢筋等工程量大；预应力水泥管桩基础主要运用在地质条件相对恶劣的地方，如“渔光互补”、沿海滩涂等。预应力水泥管桩基础主要特点是预制型成品，施工速度快，对地面的破坏较少，工程量相对较小。缺点是对打桩操作人员技术、经验要求高、施工难度相对较大，