秦曉飛++呂康

[摘 ?要]隨著世界各國對清潔能源的重視，光伏行業(yè)進(jìn)入了高速增長期，然而隨著光伏電站的建設(shè)，土地問題日益突顯，因此，利用水塘、湖泊、水庫等水面發(fā)展水上光伏近幾年得到了發(fā)展和關(guān)注，尤其是有廣闊前景的漂浮式光伏電站，本文對漂浮式光伏電站在設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，給初次涉及該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員提供幫助。

[關(guān)鍵詞]漂浮式水上光伏;浮體;組件;逆變器;電纜

中圖分類號：F426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）28-0018-01

隨著世界各國對清潔能源的重視，光伏行業(yè)進(jìn)入了高速增長期，在中國的西北部，因電能無法消納，產(chǎn)生了嚴(yán)重的棄光現(xiàn)象。在華北、華中這些用電負(fù)荷中心，受土地性質(zhì)的制約，不能大規(guī)模發(fā)展。而在華南和華東，土地資源更加緊張，因此產(chǎn)生了一批利用水塘、湖泊、水庫等水域面積建設(shè)光伏電站，考慮到光伏電站的成本控制，可利用水深僅在5m范圍之內(nèi)，水深大于5m深的水域利用很少。在此背景下，漂浮式光伏電站近幾年得到市場的廣泛關(guān)注，隨著日本、印度、巴西以及一些歐洲國家的大力發(fā)展，在中國近幾年也建設(shè)了不少的漂浮式光伏電站。漂浮式光伏是指在水塘、湖泊、水庫等水面上建立漂浮式光伏電站，以解決傳統(tǒng)光伏發(fā)電占地面積大的問題。漂浮式光伏電站的硬件組成部分主要為光伏組件、匯流箱、逆變器、箱變、集電線路、浮體等，漂浮式光伏特點(diǎn)是不占用土地資源，水體對光伏組件有冷卻效應(yīng)，可以抑制組件表面升溫，從而獲得更高的發(fā)電量。此外，將太陽能電池板覆蓋在水面上，還可以減少水面蒸發(fā)量，保護(hù)水資源。在工程設(shè)計(jì)中，漂浮式光伏電站不同于地面光伏電站，如何解決光伏組件的漂浮，浮體、組件、逆變器的選擇和水中電纜的敷設(shè)等問題均給剛涉及該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員帶來困惑。在此背景下小編結(jié)合自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及對國內(nèi)外漂浮電站進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對設(shè)計(jì)過程中幾個關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行淺析，希望對設(shè)計(jì)人員能夠有所幫助。

1 浮體選擇

水面光伏與地面光伏主要區(qū)別在水面浮體系統(tǒng)，根據(jù)目前國內(nèi)外水面漂浮光伏電站建設(shè)情況，電站浮體系統(tǒng)主要有：HDPE浮體、浮體+鋼構(gòu)、浮體發(fā)電一體化三種形式。

1.1 HDPE浮體

HDPE浮體是根據(jù)光伏電站組件安裝尺寸及運(yùn)行通道要求，專門設(shè)計(jì)制作的，一般由支架浮體、走道浮體、連接板及墊片組成，支架浮體主要用于支撐光伏組件，走道浮體主要是通行用。目前支架浮體與走道浮體具備高度匹配性，在橫向和縱向均具備結(jié)合能力;走道浮體具備用作電纜橋、檢修道、連接件等通用能力。設(shè)計(jì)中盡量保證通用性，可減少配件組合數(shù)量、生產(chǎn)時(shí)模具使用量和節(jié)省生產(chǎn)周期。HDPE浮體按照設(shè)計(jì)圖紙工廠內(nèi)加工，運(yùn)抵現(xiàn)場安裝，具有生產(chǎn)速度快，安裝簡單，安裝精度高，抗腐蝕性能好的特點(diǎn)，并隨著材料性能提高，能夠滿足光伏電站25年的運(yùn)行，是漂浮式光伏電站主要發(fā)展方向。

1.2 浮體+鋼構(gòu)

該種浮體系統(tǒng)主要靠浮體提供浮力，鋼構(gòu)支撐光伏面板、風(fēng)浪荷載等結(jié)構(gòu)力，所有鋼構(gòu)必須全部鍍鋅，厚度根據(jù)水質(zhì)情況進(jìn)行計(jì)算，防止水汽腐蝕，走道采用浮體或鋼構(gòu)，其他構(gòu)件均采用不銹鋼螺絲連接。浮體+鋼構(gòu)目前應(yīng)用也較多，浮體和鋼構(gòu)均在工廠進(jìn)行加工，現(xiàn)場安裝，安裝速度快，安裝精度較高，鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅層厚度和現(xiàn)場切割、焊接部位的鍍鋅質(zhì)量直接影響到光伏電站的生命周期，尤其是在水面高溫高濕高鹽度的環(huán)境下，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意。

1.3 浮體發(fā)電一體化

該技術(shù)目前處于研發(fā)階段，小編認(rèn)為在不久的將來一定會有非常廣闊的發(fā)展空間。

2 浮體固定

漂浮式光伏依靠浮力浮于水面上，可根據(jù)陣列區(qū)布置情況采用錨塊或錨樁固定方式。離岸較近采用活動鉸接裝置，將浮體、連接桿和岸邊串聯(lián)在一起;或用纜繩錨固于岸上。水深較大時(shí)，使用打鋼樁、預(yù)制樁固定、錨塊沉于水底，纜繩牽引的錨固方法。在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮水位落差引起的纜繩的冗余量，防止冗余量過小導(dǎo)致電站被沉入水中。

3 組件最佳安裝傾角確定

針對不同緯度地區(qū)，組件的最佳安裝傾角也不相同，漂浮式光伏電站適用于低緯度地區(qū)，尤其是赤道附近，赤道附近太陽光線全年直射，組件最佳傾角接近0度，安裝前后排間距不受陰影遮擋影響，水域面積一定的情況下，比高緯度地區(qū)安裝更多的容量。在高緯度地區(qū)組件安裝傾角較大，要充分考慮安裝角度所產(chǎn)生的發(fā)電量與前后排間距增大帶來的浮體、電纜成本的增加對收益率的影響，實(shí)際安裝傾角不一定是最佳安裝傾角。國內(nèi)北方冬季降雪會加大整個電站荷載，嚴(yán)重者導(dǎo)致電站沉入水面下，因此在設(shè)計(jì)組件安裝傾角時(shí)要充分考慮雪的滑落和雪荷載所產(chǎn)生的影響。

4 光伏組件的選擇

目前國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)廠家較多，生產(chǎn)的組件類型也是各不相同，不同的組件類型會針對不同特點(diǎn)的光伏電站，因此如何選擇合適的光伏組件則尤為關(guān)鍵。對于漂浮式光伏電站，水面高溫高濕的安裝環(huán)境，要求組件具有極高的抗水霧、抗PID效應(yīng)。在此情況下，小編建議選擇雙玻組件或具有抗PID的組件。雙玻光伏組件就是指由兩片玻璃和太陽能電池片組成復(fù)合層，電池片之間由導(dǎo)線串、并聯(lián)匯集到引線端所形成的光伏電池組件。玻璃的透水率幾乎為零，不需要考慮水汽進(jìn)入組件誘發(fā)EVA膠膜水解的問題，從而減少出現(xiàn)PID衰減和蝸牛紋發(fā)生的概率。雙玻組件沒有鋁框使導(dǎo)致PID發(fā)生的電場無法產(chǎn)生，其大大降低了發(fā)生PID衰減的可能性，此外，雙玻組件在后續(xù)組件儲運(yùn)、安裝、抗踩踏、抗水面晃動方面都比常規(guī)組件電池隱裂發(fā)生幾率小。

5 逆變器的選擇

對于水面高溫高濕環(huán)境下的光伏發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)選用具有抗PID功能的逆變器，加裝防PID效應(yīng)逆變器裝置，能夠防止光伏組件產(chǎn)生的PID效應(yīng)，該裝置采用普通光伏逆變器，在其內(nèi)部增加一個直流發(fā)生器，直流發(fā)生器與逆變器并聯(lián)，直流發(fā)生器一端于逆變器的直流濾波器前面，一端連接于逆變器交流輸出端，白天光伏組件發(fā)電時(shí)，直流發(fā)生器與逆變器處于斷開狀態(tài)，逆變器正常將光伏組件轉(zhuǎn)換的直流電進(jìn)行逆變?yōu)榻涣麟?，在夜晚光伏組件不發(fā)電時(shí)，逆變器處于斷開的狀態(tài)，直流發(fā)生器將市電轉(zhuǎn)換為直流電輸送至光伏組件，使其光伏組件加上反向電壓，中和光伏組件表面上積累的電荷，消除光伏組件上的電離層，避免光伏組件的PID效益，從而提高光伏電站的發(fā)電功率，延長光伏組件的使用壽命。

6 電纜的敷設(shè)

電纜必須采用防水電纜，并且具有較高的強(qiáng)度，通常敷設(shè)在水底或水面。水底敷設(shè)宜敷設(shè)在河床穩(wěn)定、流速較緩、岸邊不易被沖刷、水底無石山、少有沉錨和拖網(wǎng)漁船活動水域，不宜敷設(shè)在碼頭、渡口、水工構(gòu)筑物及疏浚挖泥區(qū)附近，水底敷設(shè)時(shí)還要充分考慮電纜重力對浮體下拉產(chǎn)生的影響。水面敷設(shè)通常采用浮體平臺作為支撐，電纜固定在浮體上，在固定電纜部位設(shè)置由橡膠等彈性材料制成的襯墊。電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)呈波浪狀且留有伸縮節(jié)，防止水位上升或下降拉斷電纜。

結(jié)語

我國具有豐富的水資源，湖泊、水庫眾多，發(fā)展水上漂浮式光伏電站，既能夠減少對土地資源的占用，拓寬光伏發(fā)電的應(yīng)用，又能夠提高發(fā)電量，減少水面蒸發(fā)，保護(hù)水資源。雖然這項(xiàng)技術(shù)距離大面積、大規(guī)模開發(fā)還有一定的距離，但隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，相信國內(nèi)會越來越多的企業(yè)開始涉足漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)利用。

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