王建純

（湖南六建機(jī)電安裝有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙410015）

目前，國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電站主要有分布式、集中式、塔式、屋頂式等，均為地面光伏發(fā)電站。隨著土地資源的緊缺，地面式光伏發(fā)電站的可利用程度越來(lái)越有限，因此，水面漂浮光伏電站將成為光伏電站發(fā)展的重要趨勢(shì)。

水面漂浮光伏發(fā)電站是利用水上基臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電，硬件組成部分主要為浮體架臺(tái)、光伏組件、匯流箱、逆變?cè)O(shè)備、變壓器、集電線路等。根據(jù)國(guó)外多年使用經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)顯示，水面漂浮光伏電站與地面式光伏電站相比，不占用優(yōu)良土地資源，發(fā)電量同比提高約10%，節(jié)能環(huán)保、運(yùn)維方便，投資收益率較高。

1 工程概述

本次案例為“鳳臺(tái)縣顧橋鎮(zhèn)顧橋礦采煤沉陷區(qū)150 MW水面光伏電站項(xiàng)目”，該工程位于安徽淮南鳳臺(tái)縣顧橋鎮(zhèn)顧橋礦采煤沉陷區(qū)，規(guī)劃容量為150 MW，采用水面漂浮陣列，布置60個(gè)MW光伏陣列。項(xiàng)目建成后光伏電站年均發(fā)電量約1.65億度，年均產(chǎn)值1.75億元，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7萬(wàn)噸，減少煙塵排放量949噸 、二氧化碳排放量21萬(wàn)噸。

2 浮體架臺(tái)

浮體架臺(tái)是水面光伏電站的重要支撐平臺(tái)，關(guān)系到整個(gè)光伏電站能否正常運(yùn)行發(fā)電，必須具備良好的抗腐蝕性、低密度、抗凍脹、抗風(fēng)浪等特性。目前國(guó)內(nèi)外水面光伏浮力系統(tǒng)主要有HDPE浮體、浮體＋鋼構(gòu)、浮體發(fā)電一體化等三種形式。

本項(xiàng)目采用的是HDPE浮體方案，所有浮力、結(jié)構(gòu)受力均由HDPE浮體提供和承載，包括主浮體、走道浮體和匯流箱浮體。主浮體用于固定和承載光伏組件；走道浮體主要供人員巡檢維護(hù)用，同時(shí)兼做主浮體的連接浮體；匯流箱浮體用于安裝匯流箱、組串式逆變器等設(shè)備，同時(shí)兼做電纜的敷設(shè)通道。

浮體架臺(tái)安裝有兩種方式：（1）岸邊拼接浮體水上安裝設(shè)備；（2）岸邊浮體組件安裝后整體入水。本項(xiàng)目采用第二種安裝方式，為便于在岸上組裝、吊運(yùn)浮體，將100 kW容量面積均分為4個(gè)單元，每平方米由4個(gè)浮筒組成，負(fù)載為350 kg／m2。支架采用鋁合金支架并作防腐處理，安裝于H型鋼上。H型鋼采用高強(qiáng)螺栓連接，表面涂刷防腐漆。離岸較近采用活動(dòng)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。通過(guò)拉簧固定裝置將浮體平臺(tái)與水底混凝土錨塊固定在一起，拉簧裝置由特制的防腐天然纖維和金屬元件組成。

3 光伏組件

本項(xiàng)目采用285 Wp高效單晶硅雙玻組件，尺寸為1 658 mm×992 mm×6 mm，安裝位置應(yīng)位于安裝孔尺寸附近，保證組件受力均勻，即浮體尺寸在組件長(zhǎng)度方向最小尺寸為840 mm，組件寬度方向不應(yīng)小于組件安裝水平投影長(zhǎng)度。組件開(kāi)箱后，立即進(jìn)行安裝連接并將陣列接入?yún)R流箱，避免水汽進(jìn)入導(dǎo)致連接和安全問(wèn)題。為了避免電弧和觸電危險(xiǎn)，在有負(fù)載的情況下不可斷開(kāi)電氣連接，同時(shí)必須保持連接器干燥和清潔，確保處于良好的工作狀態(tài)。

組件的表面與水平面縮成的夾角為組件的傾角，本項(xiàng)目組件最佳傾角為12°，當(dāng)組件正對(duì)陽(yáng)光時(shí)，將會(huì)獲得最大功率的輸出，同時(shí)在下雨時(shí)表面灰塵容易被雨水帶走，從而減少組件清洗次數(shù)，有利于組件表面的積水流走，避免長(zhǎng)期大量積水在玻璃上留下印跡，影響組件外觀和性能。

4 電纜敷設(shè)

光伏專(zhuān)用電纜沿組件下方，浮體上敷設(shè)，在組串端沿走道浮體敷設(shè)接入?yún)R流箱，直流干線電纜經(jīng)走道浮體接入逆變升壓裝置，光伏專(zhuān)用電纜、直流干線電纜、通訊電纜、接地電纜都沿該浮體敷設(shè)，所有暴露在陽(yáng)光下的電纜都需要穿護(hù)線管。浮體上安裝的電纜固定支架用于固定所有電纜，確保電纜在水面上不出現(xiàn)晃動(dòng)。支架與浮體處的連接按照螺栓、支架、平墊、彈墊、螺母的順序，將支架固定在匯流箱承載浮體上。電纜敷設(shè)安裝示意圖如圖1所示。

圖1 電纜敷設(shè)安裝示意圖

5 匯流箱

對(duì)于大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，匯流箱用于連接組件和逆變器，可以很好地減少電纜數(shù)量，簡(jiǎn)化逆變器直流側(cè)的設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)安全，是核心設(shè)備之一。

本項(xiàng)目采用水上專(zhuān)用光伏匯流箱，提高了匯流箱的防護(hù)等級(jí)，優(yōu)化了接線端子的布局，增加了直流斷路器的耐壓。水上專(zhuān)用匯流箱V352技術(shù)規(guī)格如表1。

安裝匯流箱時(shí)，先在浮臺(tái)上安裝匯流箱固定支架和電纜固定支架，敷設(shè)電纜。當(dāng)電纜敷設(shè)完畢后，再將匯流箱安裝在匯流箱固定支架上。通過(guò)匯流箱兩側(cè)的掛耳與安裝平面固定。采用臥式安裝法，按照螺栓、平墊、彈墊、掛耳、支架、螺母的順序，將匯流箱固定至支架平面上，扭矩為18 N·m。匯流箱安裝示意圖如圖2所示。

表1 水上專(zhuān)用匯流箱V352技術(shù)規(guī)格

圖2 匯流箱安裝示意圖

6 逆變升壓?jiǎn)卧?/h2>

逆變器是光伏發(fā)電的核心設(shè)備，它將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的交流電。

為降低交直流線纜成本、變壓器成本、土建成本，縮短施工周期、減少工程用地，本項(xiàng)目采用逆變升壓一體化集裝箱解決方案。該集裝箱包含逆變器室，變壓器室，環(huán)網(wǎng)柜室。集裝箱直流側(cè)和交流側(cè)采用側(cè)進(jìn)線方法，在浮體夾板上預(yù)留電纜敷設(shè)通道，集裝箱門(mén)前設(shè)置臺(tái)階。逆變升壓一體化集裝箱示意圖如圖3。

圖3 逆變升壓一體化集裝箱示意圖

集裝箱到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，使用吊裝設(shè)備將其平穩(wěn)地吊裝至逆變升壓浮臺(tái)上，調(diào)整浮臺(tái)使其保持水平，找平后將逆變升壓集裝箱焊接于浮臺(tái)連接處，并對(duì)焊接處進(jìn)行防腐處理。通過(guò)動(dòng)力牽引船將逆變升壓?jiǎn)卧獱恳林付▍^(qū)域，進(jìn)行錨固，同時(shí)與兩邊方陣之間通過(guò)纜繩固定連接。各類(lèi)電纜通過(guò)電纜浮橋接入逆變升壓?jiǎn)卧?/p>

7 防雷接地保護(hù)

水中接地系統(tǒng)一般有兩種方式：（1）直接將接地極放置于水底；（2）采用外引接地極的方式將接地極移至方陣以外2 000 m以內(nèi)的土壤電阻率低的區(qū)域，然后通過(guò)接地電纜將接地極和光伏方陣連接起來(lái)。

本項(xiàng)目采用水平外引接地極為主、垂直接地極為輔的接地方式?？拷哆叺牟捎猛庖拥貥O的方式進(jìn)行處理，遠(yuǎn)離岸邊的區(qū)域，以直接就近水下接地為主。

整個(gè)光伏浮臺(tái)上，需要接地的設(shè)備包括匯流箱、逆變升壓浮臺(tái)，在光伏方陣內(nèi)采用銅導(dǎo)線沿設(shè)備路徑對(duì)設(shè)備進(jìn)行等電位連接，形成水平接地環(huán)網(wǎng)，相關(guān)設(shè)備就近接入接地網(wǎng)?？拷哆叺模捎脤?dǎo)線引至岸邊接地極，遠(yuǎn)離岸邊的將接地環(huán)網(wǎng)就近接入水底錨固樁，錨固樁上預(yù)留接地角鋼。外引接地極的接地系統(tǒng)，在岸邊離方陣不超過(guò)2 000 m的區(qū)域設(shè)置地下接地極，接地極和方陣之間通過(guò)接地電纜完成電氣連接，需要保證接地電阻不大于4Ω。

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水面漂浮光伏發(fā)電項(xiàng)目通過(guò)控制其浮體架臺(tái)、光伏組件、電纜敷設(shè)、匯流箱、逆變升壓?jiǎn)卧⒎览捉拥乇Ｗo(hù)等施工質(zhì)量，確保工程質(zhì)量符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，提高發(fā)電量、減少水面蒸發(fā)、節(jié)約土地資源，達(dá)到低碳、節(jié)能、綠色、環(huán)保的目的，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。