光伏发电站系统的优化设计建设探讨

光伏发电站系统的优化设计建设探讨

李静

中国能源建设集团山西电力建设有限公司 山西 太原 030006

摘要：随着能源危机和节能与环境保护的不断深入，人们对新能源的开发和应用越来越重视。太阳能是一种新型的能源，利用太阳能来提供电能，具有使用方便、可靠性高等优点。本文主要讨论了光伏发电系统的优化设计与施工。

关键词：能源危机；环境保护；太阳能；光伏发电

引言：太阳能是目前世界上最具潜力的降低污染、解决全球能源问题的技术方法。因此，光伏发电系统必须在电网出现故障时，采用无功补偿设备，以确保在电网出现故障时，能够通过低压跨越，从而支撑全网的电压。

1.光伏发电站系统设计现存问题

1.1光伏发电站选址科学

首先，光伏发电站要经过实地考察，确定地形、施工用水、接入电网、太阳能资源等条件，然后将其资料与施工单位联系，确定合适的位置。然而，在实际的光伏电站系统设计中，往往会出现选址不合理的问题。第一，我国的太阳能资源存在着很大的差异。目前国内的太阳辐射资料比较匮乏，部分工作人员在评估太阳能资源的等级时，没有严格按照相关的标准，只根据卫星的遥感资料进行评估，造成了很大的差异。同时，部分员工为了达到财务指标的要求，故意夸大了资源的等级等，也会影响到发电的实际收入。第二，对相关的研究还不够深入。目前，部分光伏发电厂周围的电力系统容量较低，因此，部分电厂仍处于限负荷状态，许多机组尚未投产。因此，在选择太阳能发电厂时，必须对当地电网的负荷消纳能力进行全面的分析，以保证工程的科学、合理。

1.2系统设备组件选择不当

太阳能光伏发电系统是由大量的设备组成，因此，其器件的选取直接关系到光伏发电的品质和运行效果。当前，在选择系统器件时，往往忽略了功耗的影响。在计算发电容量时，机组没有考虑到这一方面的因素，一般都是采用比较理想的阻尼系数，而元件的功率衰减与国家标准有很大的差别，从而对计算的结果产生一定的影响。这就需要工作人员在选择系统设备部件时，要保证其稳定，尽量对功率计算中使用的衰减系数进行校正，以便为电厂的建设提供科学的参考。同时，在光伏发电系统的系统组件选型中，还存在着逆变器与组件匹配不良、并联数路只考虑经济性、组串数大、支撑系统设计模式单一、硬钢量减少等问题。

2.光伏发电站系统优化设计建设对策

2.1科学选址

在太阳能发电厂的系统优化设计中，必须对其进行合理的选址。设计人员必须充分考虑场地的地理特点、外部环境因素和电力系统的负载状况。比如，就地域特性而言。在地势平坦的沙漠地带，施工起来比较方便，如果是在炎热潮湿的海岸，就必须保证电厂系统的 PID控制性能，如果是在山区，要保证 PID抑制的效果。充分考虑外部环境因素，如果选择在雷电频繁发生的区域，必须确保所有的设备都具备多级防雷的功能。如果选用了大气湿度大、年降雨量较大的区域，就必须加强对电厂系统的抗腐蚀能力。同时，根据太阳能发电厂的类型，对其进行适当的选址。比如，分布式的太阳能发电站，它的作用是向当地的负荷提供电力。因此，在选址时，必须选取当地的中、低电压网络连接良好的城市、建筑群等场所。集中式光伏发电站通常具有5 MW以上的容量，选择在气候良好、太阳能资源丰富的沙漠地区。

2.2合理选择系统设备组件

在光伏电站的优化设计和施工过程中，也需要对系统的部件进行合理的选择。它既要兼顾装置的经济性能，又要兼顾其应用效率、极化腐蚀等方面的问题。一般情况下，大型地面电站的首选是多晶硅，因为它具有更好的经济性能，并且可以在250 W以上的功率范围内实现。而在太阳能发电系统中，一般选择薄膜组件。同时，由于器件衰减引起的光致衰减、电势诱导衰减等诸多问题，都会引起设备衰减。通常，系统部件的年损率在2%-3%之间，以后的年损率在0.8%以内。因此，工作人员在设计时，要为系统配备一定比例的电池板和超负荷的逆变器，以避免出现上述问题。同时，由于热斑现象会导致元件的衰减，所以在选用元件时，也要检查其耐用性，以尽量减少损耗。

2.3提高太阳能资源计算分析的准确性

正确地计算和分析太阳能资源是最优发电系统设计的基础。因此，设计人员必须从太阳能发电系统建设区的实际日照变化来检验与资源状况有关的资料的正确性，选取具有代表性的资料时，要科学地使用统计机率的方法。同时，还要对光伏发电系统所处地区的气候、环境等进行综合分析，确定其资源损耗系数及其影响因子。另外，在计算日方位参量时，要注意选取公式的科学性、合理性，以便使其精度更高，并对阵面辐射进行最佳化，从而有效地将因参数选取和计算软件的应用而造成的误差控制在合理的范围之内。另外，在计算太阳能发电系统的辐射时，必须根据实际的阵列表面来进行计算，并对计算模型进行适当的选择，以提高计算的准确性，以便对光伏发电系统的间隔、发电功率、发电效益进行分析提供更为可靠的参考资料。

2.4接地及防雷

为了使光伏发电系统的正常工作，必须采用防雷的方法来保护系统的设备，并考虑外部因素对系统的影响。施工期间，采用-40x4扁钢进行可靠的焊接，形成一个4欧姆以下的接地体，并在该部位安装一个避雷针，该避雷针的高度不超过15米，并将其作为地线。所有的机箱都要有一个很好的接地。为了达到直流保护的目的，必须使蓄电池与地面保持良好的接触，并与电缆相连，从而为电力系统的安全运行提供了可靠的保障。在采取防护措施时，应加大与使用者的交流负荷，以达到最大限度地避免装置的损毁，同时也要对电流进行收集，故应注意防雷的沟通。

2.5可布置地面坡度范围

在选择太阳能光伏电站时，必须对现场的地形、地貌进行详细的测量，并对其进行科学的分析，以避免因现场地坡度过大或地形太复杂而导致的大面积土地平整，从而影响到原有植被的保护和水土保持。原则上，就地阴坡或东西向斜坡的坡度比冬至日09:00-15:00的太阳高度角小的情况下都可以进行。但在实际工程中，由于方阵间距较大，施工难度较大，可布置的场地坡度无法达到上述要求。水力打桩在太阳能发电厂中广泛应用。履带式液压打桩机在出厂时，其空载爬坡性能可达25-30°，但在没有任何辅助设备的情况下，其极限爬坡能力可达15°（地形多为岩石）~20°（地形主要为砂质）。当地表坡度超过20°时，需要使用复杂的机械设备来完成。当坡度超过25°时，工程机械的安全不能保证，需要人工进行钻孔。人工钻孔的先决条件是在地质条件较好的情况下，使用锚固地基，在地质条件较硬的情况下，手工钻孔是不可能的。

2.6优化光伏组件的连接方式设计

在选用逆变器及其配套部件时，要考虑到天气资料和测光资料的影响，对光伏发电系统进行合理的串联和并联。同时，还要充分考虑到实际的太阳辐射和邻近电厂的发电量对光伏发电站的影响，并在此基础上进一步优化串联和并联模式。在对光伏组件串联和并联模式进行优化时，必须保证其输出电压不能超过逆变器的工作电压。在确定串联元件的个数时，必须考虑环境温度、输入电压、太阳辐射值等因素，以便更好地把握各个影响因素的关系，从而使其更合理地进行串联。而在太阳能发电装置的串联结构中，为了降低直流损耗，可以在一定的条件下，使其输出电压达到最大。

结束语

目前国内对太阳能发电站的建设非常重视，但由于选址不当、设备组件选择不当，使得电站成本和施工难度大大增加，从而大大降低了实际使用效果。因此，我国必须加快太阳能发电装置的设计与施工，并针对特定的地形，进行适当的规划，以保证其经济性和效率，尽量减少其衰减率的影响，为其带来更多的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]高杨. 关于光伏发电站系统优化设计的研究[J]. 工程技术(文摘版)·建筑, 2016(7):00178-00178.

[2]余以刚. 关于光伏发电站系统优化设计的研究[J]. 消费导刊, 2017, 000(026):71.