太阳能光伏电站设计要点及影响因素分析

摘 要：自然资源紧张是全世界共同面对的问题。近些年来，我国经济实现了飞跃式发展，自然资源紧张问题随之凸显。我国幅员辽阔，光照充足，太阳能发电市场前景十分广阔。太阳能光伏发电是当前新型能源开发利用中的一项重要形式。国家不断加大对可再生能源开发的鼓励和扶持，陆续推出了一系列光伏发电项目建设的支持政策，国家能源局《关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知》（国能新能[2015]73号）也对地方光伏发电项目建设容量提出了明确要求。相较于先进国家，我国太阳能利用技术尚处于起步阶段，研究时间短、技术基础薄弱，在实际应用中存在很多问题。积极发展太阳能光伏发电，是我国十三五能源规划中的重要任务之一。文章围绕太阳能光伏电站设计有关问题进行探讨，分析了太阳能光伏发电站的技术特性和光伏电站设计影响因素，阐述了太阳能光伏电站的设计要点，希望可以对设计人员更好地开展太阳能光伏电站设计工作有所帮助。

关键词：太阳能光伏电站；设计；影响因素

引言

人类的生存与发展，离不开能源的支持。石油、煤炭等传统能源紧张问题日渐凸显，严重限制了人类文明的发展，已经成为全世界人们共同面对的难题。为妥善解决能源紧张问题，各国都下大力气进行新型能源的开发研究工作。太阳能光伏发电具有高效、环保、清洁、绿色、可再生的特点。太阳能光伏发电是利用光伏电池吸收太阳辐射能，将之直接转换为电能的发电技术。我国太阳能光伏发电事业起步较晚，经过几年的发展，也取得了阶段性成效，是我国新型清洁能源产业中的中坚力量。

1 光伏电站运行特点分析

1.1 周期性、间歇性、随机性

光伏电站吸收太阳光能并将之转换为电能，这个运作机理决定了光伏发电效率必然受到太阳光辐射变化的影响。太阳光辐射有其自然规律，太阳光辐射强度呈现出由低到高，再由高到低的周期性特点，太阳能光伏电站的发电效率也随之呈现出对应的周期变化。天气变化导致太阳能辐照度变化，从而影响光伏电站发电效率，这些都说明光伏电站具有随机性和间歇性。光伏电站出力的间歇性和随机性会导致电压波动、闪变等电能质量问题，是电网安全运行的重要风险因素。上述因素都必须在进行大型并网光伏电站二次系统设计予以充分考虑。

1.2 静止发电性

太阳能光伏发动属于静止型发电，电站所用设备中不包含旋转部件，部件损耗速度慢，维护、保养难度和成本较低，在进行电气二次系统设计时可以按照有人值守、无人值班模式进行设计。

1.3 场地偏远性

太阳能光伏发电以太阳能为基础能源，在太阳能电站建设项目选址时就倾向于选择光照强度高、日照时间长、太阳能资源丰富的地区，我国大型并网光伏电站多在西北、华北及华南等地，这些地方不仅光照条件好，而且土地资源丰富，大量荒漠和滩涂地区非常适合建设土地需要量很大的太阳能光伏电站。由于这些地方地广人稀，地处偏远，在设计光伏发电站控制方式时多采用远程监控或集中监控模式。

2 太阳能光伏电站设计影响因素分析

2.1 气象环境因素影响分析

气象条件是对于太阳能光伏发电影响最为显著的因素之一。气象环境的变化往往会以太阳光到达地面的辐射强度变化的形式体现出来，进而对太阳能光伏发电产生直接影响。在进行光伏电站的设计时，要充分考虑电站所处地区的自然气象、气候条件，科学设置适应当地气象环境的气象环境设备，保证设备功能与当地气象环境相契合，充分发挥应有效能。

2.2 太阳能光伏电池最佳倾角影响因素分析

光伏电站的发电量取决于太阳能电池片吸收太阳光的情况，而后者又受太阳能光伏电池倾角的影响。在条件和工程进度充裕前提下，为了达到设计最佳效果，建设单位要在太阳能光伏电站所在场址设置太阳能观测站，收集项目所在地的太阳能资源数据，测光时间应达到1年以上。若无项目所在地完整年的实际观测数据，可选择场址附近已有的长期测光资料对场区内观测站进行模拟测算，评估拟选场址的太阳能资源。从而对太阳能光伏电池倾角进行确定，在计算机的辅助下使用专业软件对太阳能光伏电池的倾角进行调节，使得光伏电站的年发电量最大。

2.3 太阳能光伏电站安全性影响因素分析

由于光伏电站选址大部分都是位于西部荒漠地区或者沿海滩涂地区，气候条件恶劣。阵风或强台风威胁严重，光伏阵列露天布置，光伏支架方案及光伏组件安装须考虑抗台风设计。光伏方阵建于地面，方阵基础须满足抗压、抗拔、抗倾覆等要求。安装支架或线缆桥架等室外设备均需要考虑防腐蚀及抗盐雾设计。防风和防腐设计是影响光伏电站使用寿命和投资回收的关键，设计人员需要特别注意。

2.4 太阳能光伏电站经济性影响因素分析

太阳能光伏电站作为能源产业的重要一环，经济指标是其建设实施时必须考虑的重要问题。在进行光伏发电站项目前期决策阶段，要充分对项目可行性进行论证，确保电站建成投产后的经济效益达到预期水平，要坚持用发展的眼光看待问题，要着眼于区域经济的未来发展以及光伏企业的规模效应，科学确定太阳能光伏电站的数量以及规模。

3 太阳能光伏电站的设计要点

3.1 电池组件的选择

常用的太阳电池组件主要有以下几种类型：单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。光伏电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导光伏电池组件类型，重点选择市场主流的一线供应商的产品。根据电站所在地的光资源状况和所选用的太阳电池组件类型，计算光伏电站的年发电量，选择综合指标最佳的太阳电池组件。

3.2 太阳电池方阵安装方式的确定

光伏阵列的安装方式主要有固定式、单轴跟踪式和双轴跟踪式，跟踪系统的控制方式又分为主动式控制方式、被动式控制方式和复合控制方式。光伏阵列运行方式不同，其建设成本及年发电量也不同。其中固定式的建设成本最低，单轴跟踪式的次之，双轴跟踪式的最高。对于光伏系统年发电量，则是双轴跟踪式的最高，单轴跟踪的次之，固定式的最低。对于系统的运行维护，相比于固定式，跟踪式的结构复杂，且故障率较高，因而具有较高的维护与维修成本。因此，需要结合项目的具体情况，对投资成本、建设难度、运维可靠性等多方面因素综合考虑，最终制定出光伏阵列的安装方式。

3.3 光伏电站的开发模式

光伏电站需要占用大量的土地资源，传统的电站建设完成后，光伏支架下方的土地大多处于闲置状态，综合利用率不高。光伏电站宜采用“农光互补”、“渔光互补”以及“盐光互补”等综合开发模式，将农业生产与光伏产业相结合，将带动其它相关产业发展，实现真正意义上的高效绿色循环产业。电站设计阶段需要考虑后期其它产业生产的需要，实现光伏发电和绿色产业生产经营的双赢。

4 结束语

以太阳能为代表的新型清洁能源是未来能源产业的主流发展方向。我国是能源利用大国，同时具有丰富的太阳能光伏资源，发展太阳能光伏产业的条件和需求同时具备。大力发展太阳能光伏发电，不仅可以缓解我国能源紧张的局势，还可以大幅降低煤炭、石油等传统能源消耗，减少环境污染，提高环境质量，对于我国具有中国特色的社会主义建设事业健康稳步发展有十分重要的积极意义。

参考文献

[1]闫泓锦，郭福雁.屋顶太阳能光伏组件方阵的计算机辅助设计研究[J].现代建筑电气，2014，1.

[2]杨静涛，贾晖杰，吕国东.并网光伏电站发电量影响因素分析[J].太阳能，2013，17.