摘要：光伏發(fā)電是能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的新能源技術(shù)，隨著近年來(lái)我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)光伏電站的裝機(jī)容量也顯著提升。高海拔地區(qū)地處偏遠(yuǎn)，交通環(huán)境較差，為了給當(dāng)?shù)鼐用裉峁┓€(wěn)定的電力供應(yīng)，滿(mǎn)足高海拔地區(qū)居民的生活基本需求，必須加強(qiáng)在高海拔地區(qū)的電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。高海拔地區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境有著重要的保護(hù)價(jià)值，傳統(tǒng)火力發(fā)電不適合在當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，而采用光伏發(fā)電作為主要的電力生產(chǎn)模式具有保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意義，但高海拔地區(qū)氣溫較低，為了保證光伏電站的安全運(yùn)行，必須做好獨(dú)立光伏電站的設(shè)計(jì)工作。本文總結(jié)了高寒地區(qū)獨(dú)立光伏電站設(shè)計(jì)要關(guān)注的基本問(wèn)題，深入分析探討了適合高寒地區(qū)的獨(dú)立光伏電站設(shè)計(jì)方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū);獨(dú)立光伏電站;設(shè)計(jì)方案

引言：

獨(dú)立光伏發(fā)電站是以光伏發(fā)電技術(shù)作為核心技術(shù)的電力生產(chǎn)場(chǎng)所，光伏發(fā)電技術(shù)的有效應(yīng)用不僅能滿(mǎn)足相應(yīng)的電力生產(chǎn)需求，給予周邊地區(qū)居民生活工作所需的電力供應(yīng)服務(wù)，同時(shí)也能避免對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成的污染問(wèn)題。但高海拔地區(qū)的氣溫較低，電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于低溫環(huán)境，也考驗(yàn)著整個(gè)電力系統(tǒng)的性能，而光伏發(fā)電所使用的蓄電池是否能夠在低溫環(huán)境下運(yùn)行也是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。高寒地區(qū)的獨(dú)立光伏發(fā)電站必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境與氣候環(huán)境，制定更具可行性的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)電氣設(shè)備合理的選擇與電站規(guī)劃，降低高海拔地區(qū)環(huán)境因素對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電站造成的負(fù)面影響。

1.獨(dú)立光伏電站設(shè)計(jì)中要關(guān)注的基本問(wèn)題

1.1 高寒地區(qū)電站設(shè)計(jì)的基本原則

高寒地區(qū)的電站設(shè)計(jì)與常規(guī)的電站設(shè)計(jì)有一定區(qū)別，高寒地區(qū)的海拔高度一般為4000m以上，受到海拔過(guò)高的影響，高寒地區(qū)的氣溫常年處于較低水平，同時(shí)高海拔的地理環(huán)境也導(dǎo)致道路公路工程的施工難度較大、施工成本較高，這也導(dǎo)致高寒地區(qū)的交通環(huán)境普遍較差，這些問(wèn)題都是高寒地區(qū)電站設(shè)計(jì)時(shí)要考慮在內(nèi)的因素。另外，針對(duì)電站維護(hù)人員文化水平較低、維護(hù)能力不足的問(wèn)題，為了保證光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行，必須在設(shè)計(jì)中注重提升獨(dú)立光伏電站的自動(dòng)化水平，簡(jiǎn)化電站電力系統(tǒng)的操作控制，減少多人力資源的需求，同時(shí)要加強(qiáng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的自動(dòng)排障功能，這樣才能設(shè)計(jì)出更適應(yīng)高寒地區(qū)的光伏電站。在此基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)中還要做好對(duì)電氣設(shè)備的合理選擇，優(yōu)選性?xún)r(jià)比更高、更適合高寒地區(qū)運(yùn)行的電氣設(shè)備，這有利于控制電力生產(chǎn)成本與維護(hù)成本。

1.2 獨(dú)立光伏電站的選址要點(diǎn)

獨(dú)立光伏電站的選址是否合理，很大程度上會(huì)影響對(duì)太陽(yáng)能資源的獲取效率，進(jìn)而影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。獨(dú)立光伏電站的選址應(yīng)該選擇在采光條件較好、采光面廣的區(qū)域，而電站要盡可能挑選用電負(fù)荷中心地帶，擴(kuò)大電網(wǎng)的覆蓋范圍，同時(shí)也有助于縮短輸電線(xiàn)纜的長(zhǎng)度，縮短電能傳輸距離就能減少電能在傳輸過(guò)程中發(fā)生的損失。另外，建設(shè)獨(dú)立光伏電站的區(qū)域盡量空闊，所在區(qū)域內(nèi)應(yīng)不存在過(guò)多較高的建筑物或林木植物，建筑與林木會(huì)遮擋太陽(yáng)能電池板的儲(chǔ)電效率，我國(guó)高寒地區(qū)的太陽(yáng)能電池板要選擇面朝正南的方向，這樣能夠獲取更多的太陽(yáng)能。

1.3 電站規(guī)模的設(shè)定

電站的建設(shè)規(guī)模需要根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏π枨罅縼?lái)決定，電站容量的設(shè)計(jì)要以準(zhǔn)確的電力負(fù)荷調(diào)查結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)，根據(jù)電力負(fù)荷調(diào)查結(jié)果來(lái)最終確定電站的容量。在測(cè)算工作中必須考慮到太陽(yáng)能電池板光伏陣列的匹配損失，其中包括太陽(yáng)能電池板上是否存在灰塵、陽(yáng)光遮擋以及玻璃面板老化等因素，另外還要分析光伏電站的電氣設(shè)備給電力轉(zhuǎn)換效率帶來(lái)的影響，其中就包括逆變器效率、蓄電池充放電效率以及線(xiàn)路上的電力損失等。

2.獨(dú)立光伏電站設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 太陽(yáng)能電池板方陣的設(shè)計(jì)

在獨(dú)立光伏電站的設(shè)計(jì)中我們必須關(guān)注的重點(diǎn)就是對(duì)太陽(yáng)能電池板方陣的設(shè)計(jì)，首先就是太陽(yáng)能電池板方陣的傾角設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池板的傾角關(guān)系著整套光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，光伏發(fā)電最好的太陽(yáng)能獲取狀態(tài)就是陽(yáng)光的入射光角度與太陽(yáng)能電池板保持垂直狀態(tài)，而這就需要太陽(yáng)能電池板方陣能夠根據(jù)太陽(yáng)的位置調(diào)節(jié)面板角度，進(jìn)而獲得最佳的傾角角度。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要以蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，電池板的充電效率與蓄電池的實(shí)際容量有直接關(guān)系，當(dāng)蓄電池蓄滿(mǎn)電力后，電池板方陣所產(chǎn)生的電能就會(huì)無(wú)處存放，進(jìn)而成為無(wú)效能源。因此，在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板方陣的傾角時(shí)，要考慮太陽(yáng)能電池板方陣在各月份能夠獲取最大限度的太陽(yáng)輻射，進(jìn)而提高電能的平均獲取量。在對(duì)我國(guó)高寒地區(qū)的氣候環(huán)境調(diào)查中現(xiàn)實(shí)，我國(guó)高寒地區(qū)的3～9月份是太陽(yáng)輻射量獲取最高的時(shí)期，在6～7月份期間獲取的太陽(yáng)輻射量更是高于月平均值30%左右;而在10～2月份期間，太陽(yáng)輻射量明顯小于年平均值，低于月平均值的30%左右。為了提高獨(dú)立光伏電站的發(fā)電量，我們必須通過(guò)設(shè)計(jì)好太陽(yáng)能電池板方陣的傾角，讓其能夠在冬季能夠獲取更高的太陽(yáng)輻射量。

在太陽(yáng)能電池板方陣的設(shè)計(jì)中還要注意保證太陽(yáng)能電池板方陣間距的合理性，在保證各太陽(yáng)能電池板不會(huì)相互遮擋的前提下，對(duì)太陽(yáng)能電池板間距進(jìn)行調(diào)整，這樣有利于節(jié)省空間資源。獨(dú)立光伏電站的太陽(yáng)能電池板方陣必須保證全年不會(huì)被遮擋，獨(dú)立光伏電站要有充足的空間資源保證太陽(yáng)能電池板方陣的架設(shè)。在獨(dú)立光伏電站實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，每年秋冬兩季的下午4點(diǎn)以后，太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度會(huì)快減弱，太陽(yáng)能電池方陣即便不存在相互遮擋也不會(huì)在獲得較多的充電能力，所以在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池方陣間距時(shí)，只需保證冬季早8點(diǎn)至下午4點(diǎn)之間不會(huì)存在遮擋即可。

2.2 光伏電站蓄電池容量的設(shè)計(jì)

在獨(dú)立光伏電站的設(shè)計(jì)工作中必須關(guān)注對(duì)蓄電池的設(shè)計(jì)，蓄電池容量決定著光伏電站的充電效率，其關(guān)系著光伏電站的正常運(yùn)行，同時(shí)蓄電池的使用效率在光伏電站的建設(shè)中也占建造成本的很大比例。為了獲取更多電能，必須注重考慮當(dāng)?shù)赜脩?hù)用電量實(shí)際情況，合理選擇蓄電池容量。在設(shè)計(jì)蓄電池容量時(shí)，不僅需要關(guān)注電力系統(tǒng)負(fù)載的用電量情況，還需要考慮當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的影響。例如當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)連續(xù)陰雨天氣時(shí)，蓄電池可持續(xù)天數(shù)是否能夠保證正常的電力供應(yīng)，另外還要考慮蓄電池充放電效率、逆變器效率以及交流配電線(xiàn)路的電阻情況等參數(shù)。最后在設(shè)計(jì)蓄電池時(shí)，還要考慮到蓄電池的抗寒能力，眾所周知，低溫環(huán)境下會(huì)加快蓄電池電力損失的速度，也會(huì)縮短蓄電池的使用壽命。

通常情況下，獨(dú)立光伏電站使用的蓄電池容量較大，電力系統(tǒng)工作電壓較高，此時(shí)就必須通過(guò)蓄電池的串并聯(lián)設(shè)計(jì)才能滿(mǎn)足獨(dú)立光伏電站的運(yùn)行要求。考慮到蓄電池單體之間的差異，必須選擇單體蓄電池一致性能較高的蓄電池產(chǎn)品，同時(shí)還要對(duì)蓄電池的控制電壓進(jìn)行合理設(shè)置，這是確保蓄電池組穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

2.3 高寒地區(qū)鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)

目前，適用于高寒地區(qū)獨(dú)立光伏電站的蓄電池為鉛酸蓄電池，在設(shè)計(jì)工作中主要關(guān)注電池的電容量，提高電池的耐寒屬性，這樣就能夠延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，避免供電不足問(wèn)題的發(fā)生。為了保證蓄電池處于最佳的工作溫度，可合理規(guī)劃蓄電池組的布置位置，通過(guò)供暖設(shè)施的引入提升蓄電池工作環(huán)境的溫度，目前市場(chǎng)上的鉛酸蓄電池最佳工作溫度為20℃左右，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要保證蓄電池工作環(huán)境能夠達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先選擇保溫性能較好的太陽(yáng)能機(jī)房作為蓄電池組的布置區(qū)域。另外，通過(guò)充電控制器的設(shè)計(jì)也能提升獨(dú)立光伏電站的溫度補(bǔ)償能力，保證光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行。而在鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)中，也可以通過(guò)遮光覆蓋來(lái)避免蓄電池收到陽(yáng)光的暴曬，以此保證蓄電池能夠獲得更長(zhǎng)的使用壽命。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，提高高寒地區(qū)獨(dú)立光伏電站設(shè)計(jì)水平，延長(zhǎng)電氣設(shè)備使用壽命與應(yīng)用效率，有助于為高寒地區(qū)居民提供更穩(wěn)定的電力服務(wù)，讓我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：王榮祥，男，安徽宿州，本科，工程師，新能源技術(shù)。