水面光伏电站设计要点分析

李永富 李风洲

摘  要：在可持续发展战略持续深入推进的背景下，水面光伏电站凭借着环保性能优越、可提高土地资源利用率以及提高发电量等优势，逐渐在国内受到重视和大力推行。为切实提高水面光伏电站的建设成效，文章先是对水面光伏电站做出了简要介绍，并基于此分别从地址选定、设备选型以及阵列设计等方面，针对其设计要点展开了深入探讨，以此助推水面光伏电站建设工作不断向好发展。

关键词：水面光伏电站   建设活动   设计要点   选型选址   电缆敷设

中图分类号：TM615

Analysis of Design Essentials for Photovoltaic Power Stations on the Water

LI Yongfu  LI Fengzhou

（SN Nanjing Energy Holdings Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China）

Abstract： In the context of the continuous promotion of the sustainable development strategy， photovoltaic power stations on the water have gradually been valued and vigorously promoted in China by virtue of their advantages such as having superior environmental performance， improving the utilization rate of land resources and increasing power generation. In order to effectively improve the construction efficiency of photovoltaic power stations on the water， the article first briefly introduces the photovoltaic power station on the water， and conducts an in-depth discussion on its design essentials from the aspects of address selection， equipment model selection and array design， in order to promote the continuous development of the construction of the photovoltaic power station on the water.

Key Words： Photovoltaic power station on the water; Construction activity; Design essentials; Model selection and site selection; Cable laying

近年來，由于受到土地资源紧缺等因素的限制，导致陆地光伏电站的建设难以得到持续有效推进。在这种背景下，水面光伏电站开始受到人们的重视，这种电站能够浮于水面进行发电，而且可在水塘、水库以及河流等区域进行建设，具备着不占用过多土地资源以及发电量高的特点。因此，有必要对水面光伏电站设计要点做出深入研究，从而确保此类电站能够充分发挥出应有价值和作用。

1  水面光伏电站概述

对于水面光伏电站来讲，其主要指的是在一系列水塘、水库还有湖泊等区域建造而成的相应光伏电站。其属于光伏发电的一种新型建设方式，结合其基础类型的差异，能够分为桩基固定式与漂浮式两大类型[1]。其优点在于可以节约土地资源、发电效率高、环保、成本低以及可同步水产养殖等，现阶段已经成为电力系统中的一个重点研究内容。

2 水面光伏电站设计要点研究

2.1  做好选址工作

在建设水面光伏电站时，选址工作属于一个重点内容，此项工作一般分为以下两部分。首先，搜集各类有关资料，包括政策、资源以及附近项目资料等，然后对资料开展分析工作过，估算项目的具体规模、发电量以及建设成本等，并且明确初步收益率；其次，前往现场开展实地考察工作，一般涉及对周围环境与建设条件等方面的考察[2]。

2.2  做好設备选型工作

2.2.1 光伏组件选型

对于光伏组件来讲，其属于水面光伏发电系统中的一个核心设备，其质量的优劣能够对整个发电站的实际发电性能以及效益产生决定性的影响。现阶段技术相对较为成熟的光伏组件大体分为3种类型，即晶体硅光伏组件、高倍聚光型光伏组件以及薄膜光伏组件。由于水面光伏电站所处的环境较为潮湿，组件比较容易出现PID衰减现象，所以水面光伏电站通常建议选用双玻组件（如图1所示），这种组件发电量高以及抗PID性能强，而且散热快、温差小，目前有着广泛运用。除此之外组件背面可以接收到的相应反射光较为有限，所以站在经济性角度来看，通常还会选用单面光伏组件。

2.2.2  逆变器选型

在选用逆变器时，需要注重依照相关原则进行选定，通常包括以下几点：（1）选用运行比较稳定、效率高以及质量较好的设备；（2）对于直流输入电压有着比较良好的适应能力，一般适应范围越宽越好；（3）设备自带的保护功能应切实满足工程建设需要；（4）有相对较为良好的低电压穿越能力；（5）选定的设备需要有良好监控性能，同时还要具备较强的数据信息收集能力；（6）对于所选设备必须保证有高功率因数，除此之外，还要保证有较小的波形畸变。

目前来看，在工程实践中常见的逆变器主要涉及两种，即组串型逆变器以及应用较为广泛的集中型逆变器，后者不但功率相对较大，而且成本造价也相对有优势，所以在水面光伏电站设计中一般建议选用集中型逆变器。

2.2.3 汇流箱选型

水面光伏电站实际所处环境一般为高温、高湿环境，部分情况下存在盐雾等环境。这些环境会导致电气设备的一系列金属部件出现加速腐蚀问题，而且水浪也会对设备进行拍打，所以对汇流箱等各种设备的防水能力有着相对较高的要求。一般情况下，汇流箱防护等级应该选型为IP67，能够有效抵抗水浪拍打。此外，箱体应该有涂层设计，这样可以增强设备的防腐能力。

2.2.4 浮体选型

对于漂浮式水面光伏电站来讲，必须要借助漂浮设备来有效地支撑光伏电池板，所以对浮体台架本身的抗腐蚀能力、抗风浪以及抗冻胀还有承载力等各个方面均有着相对较高的要求。现阶段浮体常用材料主要为高密度聚乙烯，强调质量要轻以及浮力大、有着良好的抗风能力、抗冲击能力以及耐腐蚀能力，还要能够耐高温，并且对水资源无危害，适应环境温度需要达到-70～110 ℃之间[3]。

2.3  做好基础形式的选定工作

2.3.1 桩柱式基础

对于桩柱式基础来讲，指的是组件需要支撑于支架上，然后支架需要固定在桩上，最终桩设置在水中的一种基础形式，通常适合用在水深相对较浅（通常在3 m以下）的浅水鱼塘或者是煤矿塌陷区、小型湖泊等。这种基础的主要形式一般为水泥预制管桩，整体建设作业具备着简便易行、成本适宜等特点，而且水域还能够用来养鱼，可以获取到较为良好的经济效益，但此类基础在实际开展维护作业时需要用到船，而且如果水位太深实际造价相对较高。结合有关设计要求来看，桩基底部设计深入池塘底需要达到3 m以上，对于上部桩端需要超过设计洪水位0.4 m以上。如果水深为3 m，那么桩基高度需要达到6.4 m以上。

对于采用桩柱式基础建设的水面光伏电站来讲，汇流箱和电缆桥架需要借助架空方式进行敷设，然后固定在预制管桩上。通常情况下，汇流箱与桥架最低点必须要超过水面实际最高水位0.5 m以上。如果是水域面积相对较为宽阔的水面，应该将逆变器与变压器等合理地安装在选用了预制管桩基础以及圈梁结构的相应平台上；而针对水面相对较窄的水域，对于逆变器与变压器室一般可安装在岸边位置。

2.3.2 漂浮式基础

对于漂浮式基础来讲（如图2所示），通常在水域深度相对较大（超过3 m）的区域中进行运用，主要借助浮体的浮力来有效地承载电池板与一系列有关设备的重量，同时将浮体有效地固定在岸边与水底。通常情况下浮体主要借助高密度聚乙烯管进行连接成排，然后借助水的浮力充分支撑来自上部光伏系统的荷载，同时前后排光伏支架需要借助连接杆逐渐地构成一个整体。对于浮体而言，其可以随着水位的持续变化而发生相应的改变，但需要注意浮体严禁与岸边进行碰撞，因此，在建设期间应根据两者之间的间距及水体的实际深度来合理地选用固定浮体的具体方式。目前来看，常用的方式主要包括以下几种。

（1）浮体固定在岸边。借助绳索有效地将浮体固定在水域岸边，一般适合用于距离岸边相对较近的浮体，此种方法施工简便，成本较低。这种浮体固定型式有着相对较高的承载力，而且在使用期间可以很好地适应水位变化；除此之外，此种方式一般不会受到水体深度或者是水下地形等一系列因素的干扰或者是影响，也比较容易进行安装，非常快捷方便，具有良好的环保性。但是这种型式大多数情况下仅适可设置在岸边或相应的浅水区，这也使得其适用范围相对较小，无法在大型水库等区域进行安装，同时建设期间的作业工具也较为复杂特殊，缆绳方面也要尽可能地贴近水面，这会导致很多类型的船只无法使用，因此会对运维通航活动产生一定的不良影响[4]。

（2）浮体固定于桩上，同时借助绳索固定浮体，一般比较适合用在一些距离岸边相对较远的浮体，并且实际水深相对较小的区域（通常不超过15 m）。这种固定型式实际承载力相对较高，而且准许相对较小的系泊半径；除此之外，这种型式通常情况下不需开展拖拽作业，因此建设成本较低，但必须在水中实施打桩作业，对于各类设备的租赁成本也相对较高一些。最关键的一点是，钻桩活动可能对水库自身的防渗层造成影响和破坏，且大部分水域不准许进行打桩，因此适用范围较为局限。

2.4  光伏阵列设计

以国内某水面光伏电站设计为例，针对光伏阵列设计做出介绍。该水面光伏电站最终决定对相应的倾角光伏发电模式进行运用，对于实际装机容量，达到了74.69 MW，为了保证该电站的运行稳定性以及可靠性，配套完成了升压站方面的建设活动，共计1座。除此之外，案例工程为了合理利用水域面积，对分块发电进行了运用，在完成汇流活动后通过一系列线缆和装置接入升压站，再开展集中并网活动。在实际建设期间每3.12 MW发电系统可以看作是1个组成模块，共计需要建设19个模块。结合设计方案来看，每个模块当中需合理地设置一系列太阳能电池板，具体数量约为7 300块，均采用是单面单玻晶硅板。在开展建设作业时每26块光伏板进行合理组串，最终还需要将每20串全部合理、适宜地接入相应的汇流箱当中。案例工程建设期间，每14台方阵用到的一系列汇流箱必须要合理地与安逆变升压一体机做出连接，对于具体的升压值应保证达到35 kV。对于本工程当中的光伏子阵则应该通过35 kV集电线路合理、适宜地连接相应的光伏升电站[5]。

3  结语

综上所述，對于水面光伏电站来讲，其能够有效地规避土地限制问题，同时能够与水产养殖活动进行有机结合，可以获取到共赢的效果，此外水面光伏电站的建设还满足我国可持续发展以及生态文明建设的相关要求，所以其未来发展前景十分广阔。为切实提高水面光伏电站的建设成效，确保水面光伏电站能够充分地发挥出应有的价值和作用，文章针对其设计要点做出了深入探究，以此进一步提高水面光伏电站设计水平，提升电站整体建设质量，从而确保水面光伏电站建设活动能够实现高质量发展。

参考文献

• 冯裕祺，李辉，李利娟，等.基于CNN-GRU的光伏电站电压轨迹预测[J].中国电力，2022，55（7）：163-171. 
• 叶筱，蒋克勇，徐雯，等.一种带有浮体下水防挤拉功能的水上光伏浮体阵列的研制[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2021，26（3）：75-79. 
• 陈寅，王接宋.大型水面光伏电站风载荷设计优化及数值分析[J].广东石油化工学院学报，2021，31（6）：33-35，39. 
• 高普兵，王森，高鹏斌，等.水面漂浮式光伏电站的适用性及设计要点[J]. 河北工程大学学报（自然科学版），2022，39（3）：77-82. 
• 常颖，马建军，陈博，等.东北寒冷地区水面漂浮式光伏电站关键技术综述[J]. 水电与抽水蓄能，2021，7（6）：98-102.