水上PV电站整体设计研究

尚荣

摘 要 现阶段部分地区因为电力传输等外在条件的影响，PV（photovoltaic，光伏）电站建设受到一定程度的制约。而水上PV电站建设由于其本身较强的特性，所以近年来逐渐被PV电站开发、设计人员所重视。基于此，文章将以水上PV电站整体设计研究作为主要目标，在此基础上予以深入的探究，相关内容如下所述。

关键词 水上光伏;电站;设计

1水上PV电站的建设要点

水上PV电站的建设过程中需要考虑多种因素，其中资源、发电量、设备选型和基础形式是最为重要的四个要素。

（1）资源。我国水面资源分布以南多北少为典型特征，其中湖泊总面积为9.1万平方公里，养殖水面1.2亿亩，8.6万座水库的水面总面积3843万亩，这些水面都具备一定的光照资源，具备一定的水上PV开发潜力。

（2）发电量。水上PV的发电量是影响水上PV电站规划和建设的重要因素之一。与传统的地面PV电站相同的是，水面PV发电量仍然受倾斜面上的辐射量（地区辐射量、组件倾斜角度）、系统系统效率、组件衰减等因素影响，同时，区别于传统地面PV电站的是，水上PV发电量还受温度和水面发射率等因素的影响。由于水域比热比陆地大得多，因此当水陆接收到相同的太陽热量时，水体的气温变化必将小于陆地，而且太阳辐射可透入较深的水层，水体的乱流混合作用较强，使得水体吸收到的太阳辐射相对均匀地分布于上下各层次。这就大大缓和了气温的日变化和年变化，使得冬季水体暖于陆地，而夏季凉于陆地。因此，夏季水体对PV组件的冷却效应，能够从根本弱化组件外层的温度，因此深化发电率。冬季辐射量处于低值，水温会超过陆地，水温对PV发电的影响并不明显。水上PV电站中，水面的反射率也影响到水上PV发电系统的发电量。PV组件倾斜面上的辐射系数会受到阳光散射辐照、直接辐照以及反射辐照系数的影响。其中，反射辐照和反射系数为正相关，反射系数越高，其反射辐照系数也随之增加。

依附于大量水、陆PV电站比较结果发现，较之屋顶与陆地，通过同样角度设置的电池板，水上PV发电系数能够提高百分之十五左右。日本兵库县于2014年4月～2015年3月期间在小野市净谷町的净谷新池水面上，就输出功率为40kW的浮体式PV发电设备实施了验证实验。5月下旬公布了实验结果：较之屋顶以同样角度设置的电池板，发电量提高了14%。不同基础形式的水上PV电站中，打桩式和浮体+支架+电池板均可调节最佳倾角获得最大的发电量。而对于浮体+电池板类型的水上PV电站，倾角为10～20°，并不满足最佳倾角。由于水上PV主要集中在中东部、南部地区，最佳倾斜角度偏低，角度对于水面系统发电量的影响不大，更多的影响因素是水体的水冷效果[1]。

2水上PV电站设备选型

水上PV电站包括PV组件、逆变汇流箱、浮体等主要部分。

（1）PV组件。一般采用散热快、温差小的双玻组件。双玻组件没有金属边框，耐腐蚀，同时还可以抗PID衰减。

（2）逆变汇流箱。地面系统PV逆变器室中防护级配相对偏低，通常为IP20，室外则以IP54防护级配为主。水上PV电站逆变器尽可能以IP65级配为主。对于水域情况复杂，则要采用IP67级配。汇流箱一般系统大多以IP65为主，水上PV发电系统尽可能采用IP67级配。值得注意的是，水上PV电站汇流箱、逆变器要求高，应采用水上专用逆变器，加强维护。

（3）浮体。水上PV电站中，浮体的选择要求具备耐腐蚀、抗紫外线、抗冻胀、抗风浪、寿命长、可重复利用等特点，但实际中，大多数浮体都有易燃及紫外线分解等特性，支架易腐蚀的特点。为解决这一问题，水上PV电站的浮体通常选择对高密度聚乙烯浮体进行处理防止降解，防火，并加强支架防腐[2]。

3水上PV电站基础形式

水上PV的基础分为桩柱式和漂浮式两种类型。桩柱式水面PV电站的组件主要用作支架的支撑，将支架安装在桩上，桩放置在水中。此方式适用于潜水池。具有便捷、施工速度快，等优点。其缺点为船运维护，水深太大提高投入资金。同时其预制管桩、端头制作PV支架系统。桩径要依附于工程的实际环境予以进一步的明确。

桩柱式水上PV电站的汇流箱安装于PV支架背面。组串式逆变器安装于PV支架上，集中式逆变器根据距离安装于岸边或者水上平台上。箱变则根据距离安装于岸边或者水上平台上。水体深度较大的湖泊，通过塑料浮体支撑电池板与设备，同时将浮体放置在岸边与水底。按型式分为两种：浮体+支架+电池板和浮体+电池板。浮体+支架+电池板的水上PV电站通过设计合理的浮体。具有可以按最佳倾角进行布置，可以提高发电量等优点。其缺点是用钢量及浮体用量大。浮体+电池板的水面PV电站通过设计合理的浮体，其优点是有用钢量少，减轻浮体上重量，安装、维护方便。缺点是电池板倾角受浮体限制（一般不超过20°），无法达到最佳倾角，影响发电量。浮体允许随水位变化，但应防止其碰到岸边，故需根据浮体离岸距离、水深等确定固定浮体的方式：用绳索将浮体固定于岸边，适用于距离岸边较近的浮体[3]。

4结束语

综上所述，我国水面资源分布以南多北少为典型特征，其中湖泊总面积为9.1万平方公里，养殖水面1.2亿亩，8.6万座水库的水面总面积3843万亩，这些水面都具备一定的光照资源，具备一定的水上PV开发潜力。水面PV发电量仍然受倾斜面上的辐射量（地区辐射量、组件倾斜角度）、系统系统效率、组件衰减等因素影响，同时水上PV发电量还受温度和水面发射率等因素的影响。由于水上PV电站不占用农业和采矿资源的土地，考虑水冷效果，发电量同比提高10%～14%，具有可观的经济效益，因此具备水上PV电站建设条件的区域可大力开发水上PV发电产业。

参考文献

[1] 陈东坡.我国水上PV电站的新机遇、新发展和新挑战[J].电子产品世界，2017，24（5）：3-5.

[2] 高赟，赵娜，贺文山，等.水上PV电站设计要点和经济性分析[J].太阳能，2017（6）：18-22.

[3] 王方毓.水上太阳能PV电站的技术特点及应用[J].工程技术研究，2017（10）：76-77.