高寒地区独立光伏电站设计方案探讨

摘要：光伏发电是能够将太阳能转换为电能的新能源技术，随着近年来我国光伏发电产业的飞速发展，国内光伏电站的装机容量也显著提升。高海拔地区地处偏远，交通环境较差，为了给当地居民提供稳定的电力供应，满足高海拔地区居民的生活基本需求，必须加强在高海拔地区的电力网络建设。高海拔地区的自然生态环境有着重要的保护价值，传统火力发电不适合在当地实际情况，而采用光伏发电作为主要的电力生产模式具有保护生态环境的意义，但高海拔地区气温较低，为了保证光伏电站的安全运行，必须做好独立光伏电站的设计工作。本文总结了高寒地区独立光伏电站设计要关注的基本问题，深入分析探讨了适合高寒地区的独立光伏电站设计方案，以供参考。

关键词：高寒地区;独立光伏电站;设计方案

引言：

独立光伏发电站是以光伏发电技术作为核心技术的电力生产场所，光伏发电技术的有效应用不仅能满足相应的电力生产需求，给予周边地区居民生活工作所需的电力供应服务，同时也能避免对周边生态环境造成的污染问题。但高海拔地区的气温较低，电气设备长期处于低温环境，也考验着整个电力系统的性能，而光伏发电所使用的蓄电池是否能够在低温环境下运行也是需要重点关注的问题。高寒地区的独立光伏发电站必须结合当地地理环境与气候环境，制定更具可行性的设计方案，通过电气设备合理的选择与电站规划，降低高海拔地区环境因素对独立光伏发电站造成的负面影响。

1.独立光伏电站设计中要关注的基本问题

1.1 高寒地区电站设计的基本原则

高寒地区的电站设计与常规的电站设计有一定区别，高寒地区的海拔高度一般为4000m以上，受到海拔过高的影响，高寒地区的气温常年处于较低水平，同时高海拔的地理环境也导致道路公路工程的施工难度较大、施工成本较高，这也导致高寒地区的交通环境普遍较差，这些问题都是高寒地区电站设计时要考虑在内的因素。另外，针对电站维护人员文化水平较低、维护能力不足的问题，为了保证光伏电站的稳定运行，必须在设计中注重提升独立光伏电站的自动化水平，简化电站电力系统的操作控制，减少多人力资源的需求，同时要加强自动化控制系统的自动排障功能，这样才能设计出更适应高寒地区的光伏电站。在此基础上，在设计中还要做好对电气设备的合理选择，优选性价比更高、更适合高寒地区运行的电气设备，这有利于控制电力生产成本与维护成本。

1.2 独立光伏电站的选址要点

独立光伏电站的选址是否合理，很大程度上会影响对太阳能资源的获取效率，进而影响整个光伏发电系统的发电量。独立光伏电站的选址应该选择在采光条件较好、采光面广的区域，而电站要尽可能挑选用电负荷中心地带，扩大电网的覆盖范围，同时也有助于缩短输电线缆的长度，缩短电能传输距离就能减少电能在传输过程中发生的损失。另外，建设独立光伏电站的区域尽量空阔，所在区域内应不存在过多较高的建筑物或林木植物，建筑与林木会遮挡太阳能电池板的储电效率，我国高寒地区的太阳能电池板要选择面朝正南的方向，这样能够获取更多的太阳能。

1.3 电站规模的设定

电站的建设规模需要根据当地电力需求量来决定，电站容量的设计要以准确的电力负荷调查结果作为设计依据，根据电力负荷调查结果来最终确定电站的容量。在测算工作中必须考虑到太阳能电池板光伏阵列的匹配损失，其中包括太阳能电池板上是否存在灰尘、阳光遮挡以及玻璃面板老化等因素，另外还要分析光伏电站的电气设备给电力转换效率带来的影响，其中就包括逆变器效率、蓄电池充放电效率以及线路上的电力损失等。

2.独立光伏电站设计中的关键技术分析

2.1 太阳能电池板方阵的设计

在独立光伏电站的设计中我们必须关注的重点就是对太阳能电池板方阵的设计，首先就是太阳能电池板方阵的倾角设计，太阳能电池板的倾角关系着整套光伏发电系统的输出功率，光伏发电最好的太阳能获取状态就是阳光的入射光角度与太阳能电池板保持垂直状态，而这就需要太阳能电池板方阵能够根据太阳的位置调节面板角度，进而获得最佳的倾角角度。独立光伏发电系统主要以蓄电池作为储能装置，电池板的充电效率与蓄电池的实际容量有直接关系，当蓄电池蓄满电力后，电池板方阵所产生的电能就会无处存放，进而成为无效能源。因此，在设计太阳能电池板方阵的倾角时，要考虑太阳能电池板方阵在各月份能够获取最大限度的太阳辐射，进而提高电能的平均获取量。在对我国高寒地区的气候环境调查中现实，我国高寒地区的3～9月份是太阳辐射量获取最高的时期，在6～7月份期间获取的太阳辐射量更是高于月平均值30%左右;而在10～2月份期间，太阳辐射量明显小于年平均值，低于月平均值的30%左右。为了提高独立光伏电站的发电量，我们必须通过设计好太阳能电池板方阵的倾角，让其能够在冬季能够获取更高的太阳辐射量。

在太阳能电池板方阵的设计中还要注意保证太阳能电池板方阵间距的合理性，在保证各太阳能电池板不会相互遮挡的前提下，对太阳能电池板间距进行调整，这样有利于节省空间资源。独立光伏电站的太阳能电池板方阵必须保证全年不会被遮挡，独立光伏电站要有充足的空间资源保证太阳能电池板方阵的架设。在独立光伏电站实际运行中发现，每年秋冬两季的下午4点以后，太阳能辐射强度会快减弱，太阳能电池方阵即便不存在相互遮挡也不会在获得较多的充电能力，所以在设计太阳能电池方阵间距时，只需保证冬季早8点至下午4点之间不会存在遮挡即可。

2.2 光伏电站蓄电池容量的设计

在獨立光伏电站的设计工作中必须关注对蓄电池的设计，蓄电池容量决定着光伏电站的充电效率，其关系着光伏电站的正常运行，同时蓄电池的使用效率在光伏电站的建设中也占建造成本的很大比例。为了获取更多电能，必须注重考虑当地用户用电量实际情况，合理选择蓄电池容量。在设计蓄电池容量时，不仅需要关注电力系统负载的用电量情况，还需要考虑当地气候环境的影响。例如当地出现连续阴雨天气时，蓄电池可持续天数是否能够保证正常的电力供应，另外还要考虑蓄电池充放电效率、逆变器效率以及交流配电线路的电阻情况等参数。最后在设计蓄电池时，还要考虑到蓄电池的抗寒能力，众所周知，低温环境下会加快蓄电池电力损失的速度，也会缩短蓄电池的使用寿命。

通常情况下，独立光伏电站使用的蓄电池容量较大，电力系统工作电压较高，此时就必须通过蓄电池的串并联设计才能满足独立光伏电站的运行要求。考虑到蓄电池单体之间的差异，必须选择单体蓄电池一致性能较高的蓄电池产品，同时还要对蓄电池的控制电压进行合理设置，这是确保蓄电池组稳定运行的重要基础。

2.3 高寒地区铅酸蓄电池的设计

目前，适用于高寒地区独立光伏电站的蓄电池为铅酸蓄电池，在设计工作中主要关注电池的电容量，提高电池的耐寒属性，这样就能够延长蓄电池使用寿命，避免供电不足问题的发生。为了保证蓄电池处于最佳的工作温度，可合理规划蓄电池组的布置位置，通过供暖设施的引入提升蓄电池工作环境的温度，目前市场上的铅酸蓄电池最佳工作温度为20℃左右，因此在设计时要保证蓄电池工作环境能够达到这一标准，优先选择保温性能较好的太阳能机房作为蓄电池组的布置区域。另外，通过充电控制器的设计也能提升独立光伏电站的温度补偿能力，保证光伏电站的稳定运行。而在铅酸蓄电池的设计中，也可以通过遮光覆盖来避免蓄电池收到阳光的暴晒，以此保证蓄电池能够获得更长的使用寿命。

结束语：

综上所述，提高高寒地区独立光伏电站设计水平，延长电气设备使用寿命与应用效率，有助于为高寒地区居民提供更稳定的电力服务，让我国电力产业得到进一步发展。

参考文献：

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[3]刘鑫，董文娟，马胜红. 独立光伏电站数据监测系统设计[J]. 电测与仪表，2007（12）：15-18+6.

作者简介：王荣祥，男，安徽宿州，本科，工程师，新能源技术。