光伏发电站系统的优化设计建设探讨

郭生全

（国电格尔木第二光伏发电有限公司，青海 格尔木 816000）

开发利用新能源是实现绿色环保的可持续发展战略的重要途径，而我国也为新能源产业的发展提供了有力的政策支持。在各种新能源中，太阳能不仅具有可再生性，而且清洁无污染，其应用技术也相对比较简便成熟。近年来我国在光伏发电方面的技术设备得到了较快的发展，同时光伏发电站系统的建设规模及项目数量也在逐步增加，为我国很多地区提供了电力供应，成为电力系统的重要组成部分。但是在光伏发电站的设计和建设中还存在一些问题，影响了光伏发电的效率和经济收益。因此需要对光伏发电站的设计进行优化，提高设计的科学性和合理性，并要对多种设计方案的经济性进行优化分析。在光伏发电站系统的建设中科学地进行站址以及设备的选择，从而使光伏发电站系统能够实现更大的经济效益和社会效益。

1 优化光伏发电站系统的设计

1.1 提高太阳能资源计算分析的准确性

对太阳能资源进行准确的计算分析，是优化光伏发电站系统设计的基本前提。因此设计人员应首先根据光伏发电站系统建设区域的太阳辐射的实际变化情况来对资源条件相关数据信息的准确性和有效性进行验证分析，同时在选择代表性数据时应科学运用统计概率的计算方法。同时，设计人员还应全面分析光伏发电站系统所在区域的气象条件和环境因素，从而对资源损失系数以及各种影响因素加以明确[1]。此外，在计算太阳位置参数时应提高计算公式选择的科学性和合理性，从而提高计算结果的准确性，对阵列面的辐射量进行优化，从而有效将由于参数选择以及计算软件应用方面的不同而产生的误差控制在合理的范围内。此外，在计算辐射量时应将光伏发电站系统的实际阵列面作为基础，合理选择计算模型，提高计算分析结果的精度，从而为计算光伏发电站系统的间距和发电量以及发电站的收益分析提供更加可靠的参考数据。

1.2 优化光伏组件的连接方式设计

光伏发电站系统所在区域的太阳辐射以及气象条件等因素会直接影响光伏发电的能力。因此在选择逆变器以及相关组件时应根据气象数据以及测光数据等确定其规格参数，合理设计光伏发电站系统的串并联方式。此外，设计人员还应综合考虑太阳辐射的实际变化以及相邻电站的发电情况对光伏发电站系统的影响，并根据计算结果对串并联方式进行进一步的优化。在优化光伏组件的串并联方式时，应将其输出电压控制在逆变器的工作电压以内。

在选择串联组件的数量时应综合考虑环境温度、输入电压的最佳值以及太阳辐射值等因素，准确掌握各种因素之间的相互关系，提高串联设计的合理性。而在光伏发电站系统组件的串联设计中，在条件允许时其输出电压可以取最高值，以减少直流所产生的电能损耗[2]。在选择串联组件的数量时，应在综合考虑环境温度、输入电压的最佳值以及太阳辐射值等因素的基础上，还要考虑直流损耗对输出功率所产生的影响，合理确定组件的性能参数，以提高光伏发电系统对太阳能资源的利用率。

1.3 优化光伏阵列的倾角设计

以并网集中式光伏发电站系统的设计为例，当设计方案采用的是固定安装方式时，光伏阵列的最佳安装倾角应根据发电量全年最大值时的倾角来确定。而当设计方案采用的是自动跟踪的斜单轴安装方式时，在确定支架转动轴最佳倾角时则应综合考虑风载对支架结构稳定性的影响、建设成本以及全年发电量等多种因素。因此在设计光伏组件的布设方式时应对多种设计方案进行综合性的比较分析，在保证其技术指标符合相关的设计规范的基础上应提高设计的经济性，对设计方案进行合理的优化。

2 优化光伏发电站建设的有效途径

2.1 提高光伏发电站选址的科学性

建设光伏发电站时，首先应对站址进行优化选择。建设单位应对所选站址区域内的实际电网负荷、地理条件以及环境特点等因素进行综合的分析。以站址的地理特点为例，如果选择荒漠等地势比较平坦的区域时，能够为光伏发电站系统的建设提供便利条件。而如果受客观条件限制，需要在湿热的沿海地区建设光伏发电站系统时，选址时应选择抑制防护PID性能较好的地区来建设光伏发电站系统[3]。在山丘分布广泛的地区进行光伏发电站系统的建设时，应保证建站地区不会出现站址遮挡失配等问题。环境条件也是建设光伏发电站系统时的一个重要影响因素，如果光伏发电站系统所在地区雷电灾害比较频繁时，在光伏发电站系统的建设中需要为相关设备加设防雷设备，以防止光伏设备受到损坏。另外，如果光伏发电站系统需要在年降雨量比较丰沛且空气湿度比较大的区域进行建设时，在施工过程中则要对相关的系统设备采取有效的防腐处理措施。

由于光伏发电站系统存在多种类型，因此在建设中也要根据其类型特点来选择相应的光伏发电站系统站址。以光伏分布式发电站系统为例，其主要功能是为邻近地区提供电力供应，因此在建设选择中应尽量选择周边地区中能够较好接入中低压电网的建筑集中区域或城市。而光伏集中式发电站由于其能够达到5 MW以上的容量，因此应进行选择在具有较高太阳能资源以及气候条件比较有利的荒漠地区来建设光伏发电站系统。

2.2 提高光伏发电站组件选择的科学性

建设光伏发电站系统时，还要对系统设备的相关组件进行优化选择。在组件的选择上既要考虑其极化腐蚀效益以及应用效率等因素，同时也要对系统设备的经济性进行充分的考虑。在光伏发电站系统的建设实践中，同时采用多晶硅组件来进行大型光伏发电站系统的建设，其单款功率达到了250 W以上，同时具有较好的经济性；而薄膜组件则比较适用于一体化光伏发电站系统的建设。建设单位还应对设备衰减问题进行深入的研究。造成设备衰减问题的因素比较复杂，比较常见的有电势诱导以及光致衰减等原因。通过总结光伏发电站系统的建设经验可以发现，第一年设备组件的衰减率达到了2%～3%之间，而后衰减率则基本会保持在0.8%以内。组件衰减问题难以完全克服，因此在建设光伏发电站系统时应在系统内部加设具有较强抗过载性能的逆变器设备或者电池板，以尽可能减少衰减问题发生的概率。此外。电池组件出现衰减的原因主要是热斑效益，所以在光伏发电站系统的建设中应尽量选择具有较好耐久性的热板。

3 结语

为了实现我国社会经济的可持续性发展，新能源的开发利用已经成为发展的主要方向之一，而光伏发电站系统对我国的国民经济建设具有十分重要的意义和作用。虽然我国目前在光伏发电站系统的设计以及建设中已经取得了长足的进步，但是还需要不断对其设计方案以及建设方法进行优化。光伏发电站系统的设计建设单位应充分结合光伏发电站系统的特点，优化设计方案，提高选择以及建设设备选择的合理性，使光伏发电站系统能够更加充分高效的利用太阳能资源，并推动我国经济建设向低碳环保方向发展。