大型水面光伏电站智慧解决方案攻克三大挑战

1 引言

中东部地区的土地较为稀缺，湖泊、水库、鱼塘受到了光伏电站开发者的青睐，越来越多的大型水面光伏电站陆续并网发电。大型水面光伏电站有何特点？逆变器如何选型？系统度电成本如何降低？一系列问题被置于投资者面前。本文结合大型水面光伏电站的两大特点及三大挑战，对电站设计中的关键技术、逆变器选型、系统布局等问题进行了深入探讨。

2 大型水面光伏电站的两大特点

• 特点一：组件安装面平坦，朝向一致，无遮挡等失配问题

无论是组件打桩安装或是漂浮于水面之上，安装面都十分平坦，朝向一致，基本不存在因遮挡和朝向不一致而带来的失配问题，和大型地面电站类似，如图1所示。

图1 组件安装面平坦，朝向一致

• 特点二：组件安装目前以固定打桩式为主，漂浮式处于示范阶段

固定打桩方式通常用在浅水区，如浅水鱼塘、煤矿塌陷区、小型湖泊等，如图2(a)。深水水域需考虑采用漂浮式安装方式，如图2(b)。目前固定打桩方式是主流应用形式，成熟案例较多，漂浮式多为容量较小的示范项目。

图2 水面光伏电站组件安装方式

3 大型水面光伏电站的三大挑战

• 挑战一：施工成本相对较高，投资收益下降

对于固定打桩方式，根据《10G409预应力混凝土管桩》设计要求：桩基底部进入池塘底不小于3m，上部桩端高出设计洪水位不小于0.4m。当水深3米，桩基高度至少需要6.4米，地桩建设成本较高。漂浮式方式，对浮体要求较高，需要考虑环保和25年使用寿命要求，因此，整体成本也较高。

• 挑战二：运维难度大，成本高，且受自然环境影响大

光伏组件铺设在水面之上，日常巡检需划船完成，如图3(a)所示，俗话说“水涨船高”，在丰水期，水面上涨，用于电缆走线的桥架可能阻挡船只前行，图3(b)所示。相反地，在枯水期，水面下退，淤泥较深，船只无法划行，人也无法行走，运维难度更大，图3(c)所示。在水草等植被生长旺季，水面被植物“侵占”，船只被阻挡，无法前往巡检，图3(d)所示。因此，在系统设计时需要充分考虑上述因素，确保后期维护的便利性，降低由于维护不及时带来的发电量损失。

图3 巡检难度大，受自然环境影响

• 挑战三：高湿盐雾环境，组件PID衰减加剧，对设备耐腐及防水能力要求更高

电站建设在水域，空气比较潮湿，组件易产生PID衰减。抽取某实际电站9-1区、10-1区及10-2区内的组件进行测试，结果表明：自2013年9月并网以来，发生PID的组件比例为24.5%，平均功率衰减34.8%，如表1所示。

表1 某实际电站组件发生PID的测试结果

水面光伏电站的环境潮湿，组件发生PID衰减的现象更为严重，因此，系统设计除了要求组件具有抗PID能力外，还需要逆变器具备防PID的功能。

潮湿的环境也会加速腐蚀电气设备金属部件，如图4所示。同时存在水浪拍打在设备上的现象，对邻近水面安装的汇流箱等设备防水能力提出了更高的要求。因此，汇流箱、逆变器等设备的防护能力需经过精心设计和严格测试。

图4 高湿环境对水面光伏电站的影响