太阳能光伏发电系统的设计与施工

杨福勇

甘肃省理工中等专业学校，甘肃 武威 733000

0 引言

电力资源作为行业发展的必要资源，可以利用化石燃料作用电力的来源，但是这不能满足长时间的应用需求，同时也会对自然环境造成不可逆转的损伤。光伏发电技术以太阳能为原料发电，不会对环境造成过多的负担以及负面影响，还能够提供充足的电能，为我国经济可持续发展作出重要贡献。目前，太阳能光伏发电系统的升级和优化是研究人员关注的重点，对于发挥绿色能源在经济建设中的作用，以及营造绿色环保型经济社会有重要意义。

1 太阳能光伏发电系统的原理和特点

1.1 太阳能光伏发电系统的工作原理

太阳能光伏发电系统是能够吸收太阳能，并将太阳能转化为电能的一种发电系统[1]。在白天光照充足时，光伏发电系统中的半导体组件会吸收太阳能，并在组件中形成拥有两极性质的载流子；载流子可以在静电场的内部完成基本分离，并聚集在正负极，从而在外电路中形成稳定的电流。产生的部分电能会用作系统的驱动能量，剩下的电能可以储存在蓄电池组件中，完成充电。当光照不足时，蓄电池可以代替光伏电池为负载提供电力，避免对日常供电产生影响。

1.2 太阳能光伏发电系统的基本特点

（1）稳定。光伏发电系统输出的直流电经过逆变器可以转变为交流电。电能通过交流负载后会有一定的消耗，但是大部分的电力资源都能够被重新输送到电网中。光伏发电系统能够为城市的生产和生活提供稳定的电力，即便在市电出现故障的情况下，也不会受到影响[2]。（2）绿色、清洁。相较于化石能源发电，太阳能光伏发电更加绿色、清洁，不会导致能源枯竭，同时也更加安全。（3）受自然环境影响，成本较高。在自然光充足的地区，太阳能光伏发电能够达到最佳的发电效果；在太阳能不充足的地区，太阳能光伏发电系统可以作为电力系统的补充。因为太阳能光伏发电十分依赖太阳能，所以在一些特殊的地理位置以及四季交替时的特殊天气条件下，太阳能光伏发电的生产效率不能保持稳定，而且太阳能光伏发电系统的设计、应用成本较高[3]。

2 太阳能光伏发电系统的设计要点

2.1 勘察搜资阶段

（1）资料的更新和完善。在勘察搜资阶段设计人员需要动态地搜集各项资料，确保在设计过程中各项资料能够及时更新和完善。（2）资料的针对性搜集。设计人员需要有针对性地搜集需要的环境资料，包括气象、温度、光照、地质等可以直接反映太阳能辐射基本情况的资料，为太阳能光伏发电系统的设计提供支持。（3）资料复核。设计人员需要特别关注资料复核的基本情况，为太阳能光伏发电系统的设计质量提供保障。（4）方案制订。当地的气候条件以及日照时间对太阳能光伏发电系统的设计十分重要，设计人员只有了解不同季节的光照特点，才能更好地制订光照资料的收集方案，提高工作效率。

2.2 科研设计阶段

在科研设计阶段，需要确定光伏发电系统的规模和基本要求，并结合当地太阳能资源的主要情况以及施工的实际情况制订基本的设计方案，并且编制工程设计的基本预算，设计相关图表。设计人员应该开展方案可行性的研究，通过对比方案的技术性、经济性等，选择最佳的方案，在提高施工可行性的同时，降低施工成本[4]。只有符合太阳能光伏发电系统实际使用情况的设计，才能够维持正常运转，减少故障问题的出现，延长系统的使用寿命，发挥最大的效益；只有合理的设计才能减少成本支出，并且在控制成本支出的同时，防止日后出现各种质量问题。

2.3 初步设计阶段

太阳能光伏发电系统的初步设计阶段需要关注以下问题。（1）召开设计联络会。召开设计联络会，结合内部校审及业主的设计评审，能够提高设计质量；结合多方意见，能够掌握更多细节，避免安全隐患被遗漏，及时改善和处理发现的问题，避免日后引发更大的安全事故。电力资源本身具有一定危险性，安全设计及安全施工都非常重要。经过详细的评审，结合业主的意见和需求，可以设计出更加完善的方案。（2）概算精度设计。设计人员需要根据设备清单及施工技术的基本要求设计概算精度。太阳能光伏发电系统的光电转化过程需要非常精细的计算和高精度设备的支持，只有彻底了解设备的基本情况和使用标准，采取合理的施工技术和辅助安装系统，才可以在保障安全的同时，不断优化太阳能光伏发电系统的设计。

2.4 施工图纸设计阶段

设计人员需要结合施工标准以及相关规范的基本要求设计施工图纸，保障其可靠性。在允许范围内，设计人员应该尽量使用最新的技术、设备、材料和施工工艺等；设计人员需要确保资料的准确性，并且结合多方的评审意见仔细修改施工图纸；设计人员应该了解质检的基本情况、系统所需设备的规格及电网接入系统的质量问题等，以提高施工图纸的设计质量；施工图纸中出现的主要问题包括画图比例不正确、标注不全面、支架的设计过于死板等，这些问题会严重影响施工图纸的设计质量，设计人员需要加强重视。

3 太阳能光伏发电系统的施工要点

3.1 支架基础的施工

在光伏发电系统的施工建设中，需要做好支架基础的施工，为后续测量设备的维护打下基础[5]。支架作为支撑结构，是光伏发电系统正常使用的有力辅助，不仅可以为系统的安装提供帮助，也可以使日后的重点设备定期维修保养更加方便。在故障检测时，支架可以帮助工作人员及时测量或者更换部件，提高施工效率，降低时间和人力成本。

3.1.1 基座施工

太阳能光伏发电系统的方阵基座由混凝土浇筑而成，基座与地面之间的高度必须符合施工的基本规划要求，施工人员要控制好水平偏差。使用地脚螺栓可以充分固定基座，避免基座出现松动、产生安全隐患。在地下埋设以及地面露出的过程中，螺栓的使用必须以施工设计规范为基本标准，不能随意使用。在混凝土浇筑之后，需要经过大概5 d的养护，期间需要用草帘充分包裹和覆盖混凝土，并经常洒水确保表面的湿润度。当混凝土凝固到一定程度之后，如果确定已达到使用标准，方可进行后续的支架安装。

3.1.2 支架安装

支架安装时，需要严格控制支架的方位角，确保其和设计要求相符合。同时，要确保支架底部每米的水平误差度小于3 mm，如果误差度超过规定范围，需要增加铁片垫平。确定支架安装位置之后，需要保证安装位置表面的平整，不能出现不正常的突起或坑洼，否则后续的应用过程中电池片会不可避免地被损伤。固定支架之后，需要增添防松垫片，加强支架与混凝土之间的连接，使支架更加稳固。

3.1.3 跟踪装置安装

光伏发电系统内有对日跟踪电池方阵，其安装固定需要半个月或者一个月左右的时间。跟踪装置安装后必须进行细致的检查，使其拥有更加出色的向日能力，提升发电效率。跟踪装置支架和地面形成的夹角可以选择一个固定角度，以减少后续的施工误差。随着季节的变化，太阳光线也会发生变化，需要提前考虑相关因素做好基本的调整，让太阳能面板能够最大限度地接受充足的阳光，提升太阳能面板每天的光照时间，提高发电效率。

3.2 组件安装

在安装太阳能光伏发电系统中的重要组件时，需要注意以下方面。（1）质量检查。在正式安装之前，要测量重要组件的参数，进行彻底的质量检查，在确定参数与基本的设计要求相符合之后，组件才可以正式投入应用。（2）组件分组。当组件拥有相似的工作参数时，可以将它们安装在同样的方阵中，这样能够获得最佳的发电效率，在实际的应用中组件也能够发挥更加稳定的作用，太阳能的转化效率也会有所提升。（3）面板安装。在安装面板时，施工人员要注意轻拿轻放，避免因人为操作失误而导致面板损伤，提高组件的安装效率。在安装面板和固定机架时，施工人员需要使用铁片对其进行垫平，使连接更加紧密。同时，需要通过预安装的方式先行完成面板边框的连接，利用螺丝连接时，应该先拧紧后略微放松，使螺丝的使用质量不受影响。（4）机架安装。安装机架时需要确保组件和机架之间的平整性，组件和机架之间可以有8 mm以上的间隙，这是为了方便组件在运行过程中的散热，防止因为机架的阻隔使组件不能很好地散热，从而对系统的使用产生影响。（5）防雨防水保护。对一些重要的设备，如接线盒等，应该做好基本的防雨防水保护，这也是提高组件使用质量的有效措施。

3.3 线缆布设

在布设太阳能光伏发电系统线缆时，需要先进行室外线路连接，再进行室内的线路布设；先完成简单的线缆布设，再对较复杂的线缆布设进行施工。施工人员应该及时处理线缆布设期间出现的质量问题，避免对线缆使用质量造成影响。遇到比较尖锐的墙角时，需要避免锐角划破电缆的保护层。具体而言，应注意如下施工要点。（1）电缆布设的走向。施工人员需要注意电缆布设的走向，避免电缆路线的混乱。混乱无序的电缆不仅会降低系统的运行效率，还有很大的安全隐患，严重时可能引发火灾，而且不符合安全用电规范和供电准则。（2）电缆固定。在固定电缆时，施工人员需要采取措施将电缆有序排列、固定，防止后续电缆的移动对面板产生破坏。如果面板被破坏将直接影响太阳能的吸收率，导致太阳能转化为电能的效率大大降低，这不符合效益最大化的基本要求。（3）线缆布设的松紧度。线缆布设的松紧度也需要引起重视，过松或过紧都会对线缆安全性产生影响。（4）线缆的接头防护。线缆的接头位置需要加强防护，避免出现氧化，否则会破坏线缆的稳定性，使线缆传输效果大大降低。接头位置是容易出现故障的重点部分，需要做好防护，为安全传输提供基础，也为供电稳定性提供保障。

3.4 防雷接地设计

在应用太阳能光伏发电系统的过程中，雷电的打击会对太阳能光伏发电系统的部件造成损伤，让系统无法正常运行。因此，需要设置防雷接地设备，阻止雷电对系统使用产生影响。太阳能光伏发电系统如果直接与外界接触，在遭受严重的雷电打击时，巨大的能量将使整个系统遭受严重的打击，影响其正常使用，而使用防雷接地设备可以避免大部分的雷击现象对系统的影响。防雷接地施工应注意如下方面。（1）地线。地线是防雷避雷的主要部件，在建设配电室时，可以挑选较厚的土层和较湿润的土壤作为埋线的线坑。土层越深越安全，而湿润的土壤可以作为绝佳的防护层，隔绝大部分的雷电影响。同时，可以适当使用降阻剂为地线提供良好的环境。（2）电池支架接地。电池支架应有良好的接地性能，可以将电池阵列和电缆共同接到防雷机柜，利用防雷器为光伏发电系统提供多重防雷防护，从源头上阻止雷电对光伏发电系统的有关设备造成损坏，提高系统的抗雷电击打能力，从而提高发电系统的安全性。

4 结束语

当今社会正处于急剧变革的时期，太阳能代替化石能源作为主要的电力资源成为社会发展的基本趋势，太阳能光伏发电已经在多年的尝试、应用中获得了长足的进步，我国在太阳能研究应用领域已经位于国际前列。但是太阳能光伏发电系统的设计、研发需要大量成本投入，并且设计核心材料大部分掌握在发达国家手中。对此，相关企业需要在长时间的摸索中，基于国家政策及资金的大力支持，逐渐提升自主研发能力，不断地优化有关技术。相信在不久的将来，光伏发电系统将会涵盖社会各个领域，推动全社会的绿色、环保、节能发展。