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太阳能山地光伏电站的优化设计研究

发表时间：2020/11/18 来源：《基层建设》2020年第22期作者：单新锐

[导读] 摘要：针对目前国内建设完成以及处于建设阶段的山地光伏电站展开深入研究，探究该电站的具体优势以及建设阶段存在的问题。

        中国能源建设集团江苏省电力设计院江苏南京 210002
        摘要：针对目前国内建设完成以及处于建设阶段的山地光伏电站展开深入研究，探究该电站的具体优势以及建设阶段存在的问题。本文就以电站所处地区的地质特点、光伏特性以及监管体系等方向展开综合论述，提出山地光伏电站最有效的设计模式以及相应的选型依据，秉承因地制宜的管理思路建立起高效的设计方案，为山地光伏电站的进一步前行奠定坚实基础。
        关键词：山地光伏；选址；布局；优化方案
        实际开展山地光伏电站建设项目时，通常会设计大规模的土地整改和挖掘，一旦施工操作出现偏差就会严重影响到本地区原有的生态体系，出现水土流失等难以弥补的损失，也给山地光伏电站正常运行埋下巨大隐患。构建山地光伏电站设计方案的过程中应当落实好前期的选址工作，确保地质条件达到建设标准，且不会对原有的生态体系造成破坏，进一步发挥光伏电站的作用，为社会创造更高的经济收益。由此来说，如果在特殊区域中开展光伏电站建设项目，应当建立起配套的环境保护体系。
        １山地光伏电站特点及设计难度
        1.1山地光伏电站特点
        山地光伏电站主要指的是处于山地及丘陵等环境条件下的光伏电站。由于建设过程和运行阶段均会受到严重的地质干扰，相较于地理条件单一的沙漠、戈壁等区域，山地光伏电站同自然匹配度更低，且项目建设存在较多困难，无法有效把控成本投入。由此来说，山地光伏电站设计和建设过程中均需要合理分析环境条件，尽可能达成同自然的协调统一，保证运行稳定。
        1.2山地光伏电站设计难点
        １）方阵设计：应当按照资源配比情况和地质因素，确保技术标准达到预期需要，为方阵设计确定相应的装设体系以及基础材料，进一步提高同自然的匹配程度，实现资源的高效利用。
        ２）设备选择和方阵布置设计：结合外部环境条件和行业规定，选择更为合理的装置，确定相应的布置方案和链接体系，保证各个装置间的协调配合，尽可能提升运行效率。
        ３）依照区域内的地理情况和环境条件，为电站确定出行之有效的消防、给排水等辅助系统，确保电站能够稳定可靠的发挥作用，避免外部干扰。
        ４）设计更为合理的维护管理制度，加强电站的维护性能并把控成本投入。
        2太阳能山地光伏电站的优化设计研究
        2.1尽量保持山地原有地表地貌，防止水土流失
        确定电站建设位置时，应当避开地形崎岖的范围，要求技术人员根据对应的地质情况来有效配置电池阵列，以此提升匹配度。此外，还需要按照具体情况对阵列方案和逆变装置进行相应的改动，尽可能保证山地光伏电站建设阶段不破坏该区域的生态体系，同时又能最大化发挥资源优势。山地光伏电站建设过程中应当保证支架为钻孔桩结构，由此可以满足装置的稳定需求。
        2.2光伏阵列设计
        2.2.1光伏组件的选取
        光伏模块作为电站中不可获取的一部分，其性能指标均会同光伏电站的运行产生密切关联，合理配置光伏模块可以为光伏电站的稳定运行建立起坚实基础。不管是选用哪种类别的光伏模块，在确保达到基本需求的前提下，还应当进一步达到下述要求：其一，模块电流、电压指标统一；其二，采用电势诱导衰减的模块装置；其三，保证设备运输和装设条件同场地情况相匹配。
        2.2.2光伏阵列间距设计
        因为山地光伏电站建设区域中常常存在地势高低不平、沟渠交错以及岩石丘陵等情况，所以要在阵列配置阶段预留出相应空间，确保各个组串均能发挥出应有作用。
        2.2.3光伏阵列支架及基础设计
        山地光伏电站建设区域的地质条件难以把控，场地中常存在沟渠、岩石等，可能会出现山洪或坍塌等危险。这就要求在设计支架方案时，结合地区内实际情况来确定建材和体系架构，有效测定出支架在不同运行环境中的荷载参数，诸如风载、雪载或弯曲度等。

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期望更好的同地质条件相匹配，支架设计方案还需要为进一步的优化调整预留空间。
        从光伏阵列来看，应当全面把控建设区域内的地质因素，严格落实强度指标满足实际要求，选用地表影响程度较低且易于施工的阵列模式。
        2.3单个发电单元依据现场地形，规模适中
        阴影的存在会直接影响到电站实际的运行效率。复杂的地质条件以及高低不平的地势会导致光线遮挡问题的加剧。期望更好的规避这一问题，就需要优化山地光伏电站的模块配置方案，同时要结合实际区域的山地条件调整施工模式。方案设计是否科学合理不单单取决于能否有效发挥土地资源的作用，还需要尽量降低遮挡问题造成的影响，由此来保证电站的发电效率满足预期规定。通常来说，山地光伏电站构建时选用的光伏板参数为1662×992，且组成单个发电单元就需要20块该类型光伏板，导致尺寸规格过大且需要施工场地保持较高的平整性，但山地区域内最大的问题就是无法找到平整度达标的空间，由此就需要在实际施工阶段结合地质情况进行相应优化。将山地区域这种起伏较大的特性发挥出来，形成阵列化的单元结构，不仅可以确保光能的利用率符合预期目标，还可以避免调整土地形态，降低环境破环程度。
        山地光伏电站建设区域内一旦存在东西坡结构，就需要结合坡度参数优化各个单元之间的距离，防止两排单元发生相互遮挡的问题，确保发电效率满足要求。
        2.4电缆采用桥架敷设，发电单元部分电缆利用中部支架做槽架
        对于山地区域来说，为保证电缆顺利铺设通常选用桥架模式，不但可以显著减轻操作人员的工作负担，还会降低对山地环境的人为破坏，由此来说，既能满足环境保护的需要，还可以优化工程任务量。此外，架设完成的电缆系统便于维护检修。因为山地区域内自然条件较差，所以施工环节会严重影响电缆的安全性能。对于外部单元来说，需要利用电缆进行联通，该环节应当放置在项目最后建设环节之中，由此就能避免中间操作环节对电缆线路造成的破坏。对比来看，单元电池板的连接缆线出现破损问题较为严重，针对这一情况应当将电缆线路整合到支架之中，利用支架的沟槽作为电缆槽，由此能够降低电缆的破损程度，且可以避免由于外部环境造成的破坏，提高项目经济收益。
        2.5视屏监控尽量覆盖光伏电站边沿地区
        怎样有效检测山地光伏电站的运行工况也是主要的研究方向。第一，各个电池单元均需要配备有相应的监控芯片，为管理人员提供全面的数据支撑。一旦发生问题可以及时定位处理。第二，结合电站的实际情况分配相应的监控设备，确保管理人员可以实时掌握电站的运行工况，更好的排查存在的安全隐患，为电站正常工作奠定基础。因为山地区域的独特性，电站可能会被草木完全包围，由此就需要加强消防管理能力。整体来说，完备的监控系统在电站中具有十分重要的地位，不但可实时监测运行工况，还能探测存在的安全隐患，为电站运行创造良好环境。
        2.6每个发电升压单元分区合理
        2.6.1汇流箱选择与布置
        汇流箱是用于将不同光伏组的输出进行整合，保证其稳定工作。选择性能匹配的汇流箱并设计对应的布局方案同电缆能否稳定发挥作用存在密切关联。
        2.6.2逆变器选择与布置
        当前光伏电站中普遍应用的有集中模式和组串模式的逆变设备。但从实际的山地来说，由于起伏较大，所以会选用集中模式。而在具体的选型阶段，要严格把控山地特点，以此来保证发电效率满足预期目标。
        3结语
        本文主要以技术和工程两个方面进行分析，探究山地光伏电站实际搭建过程应当考量的各个因素，诸如选址、阵列方案等，并给出相应的参考意见。未来山地光伏电站在建设时要更好的遵守因地制宜的设计思路，保证发电效率达到预期标准，为社会创造更高的经济收益。
        参考文献：
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        [2] 朱德志，胡春花，王红林，等.光伏电站支架系统的优化设计研究[J].镇江高专学报，2018，31（003）：45-47.
        [3] 陈祥，潘基书.光伏电站组件串联数的优化设计[J].云南电力技术，2018，046（005）：1-2，5.