水面漂浮光伏電站系統(tǒng)解決方案

水面漂浮光伏電站系統(tǒng)解決方案河北能源工程設(shè)計有限公司HeBeiEnergyEngineeringDesignCo.,Ltd.水面光伏電站項目的建設(shè)形式1水面光伏電站項目的設(shè)備選型2水面光伏電站項目的系統(tǒng)效率分析3目錄水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

建設(shè)形式根據(jù)光伏陣列浮體或支架形式架高式（水深≤5m）漂浮式（水深＞5m）浮管式浮箱式備注：以上所提水深為最高洪水位時的水深，能否采用管樁尚需根據(jù)地勘報告確定。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或鋼管樁HDPE浮管+支架薄壁鋼管+管內(nèi)填充物+外防腐涂料+外防腐橡膠HDPE標(biāo)準(zhǔn)浮箱HDPE浮箱+支架河北能源HSCC浮箱+支架受水位高低變化影響，一般光伏組件最低點要高于最高洪水位1.0m以上，電站運行期間采用船只進行運維。匯流箱及電纜橋架采用架空方式敷設(shè)，一般匯流箱及橋架最低點要高于最高洪水位0.5m以上。箱變及逆變器基礎(chǔ)采用框架架空方式，一般基礎(chǔ)平臺要高于最高洪水位1.0m以上。常適用于水位較淺（相對于最高洪水位較淺的場區(qū)），水位變化較小的水面場地，如水產(chǎn)養(yǎng)殖池、鹽場排淡池等。水面架高式光伏支架的樁長每增加1m，基礎(chǔ)成本增加約0.075元/w，若樁長10m，管樁基礎(chǔ)的費用約0.75/w，隨著水深增加，成本增加幅度加大。對于水深較大的場區(qū)，設(shè)計應(yīng)適當(dāng)加大基礎(chǔ)間距，找到樁基與上部支架綜合造價較低的結(jié)合點。水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

水面架高式光伏支架浮體采用高密度聚乙烯管連接成排，利用水的浮力支撐上部光伏系統(tǒng)的荷載，前后排光伏支架通過連接桿件形成一個整體，最終與岸邊的地錨基礎(chǔ)通過鎖鏈進行固定。適用于水深較深且水位比較穩(wěn)定的水域，水位變化較大時，需要考慮陣列定泊及電纜敷設(shè)的冗余量。將固定浮管的支撐放置在浮管的上方，浮管抱箍為不銹鋼材質(zhì)，支架與水面脫離，避免水對支架的直接腐蝕。加大單根浮管的直徑，增大陣列整體浮力，減少浮管數(shù)量，減小拼接工程量。降低支架高度，降低支架用鋼量。適當(dāng)降低組件傾角，增加單位水面的安裝容量，減少陣列所受風(fēng)荷載，減少支架用量。每塊光伏組件均設(shè)置檢修走道，能夠?qū)M件進行方便的檢修和圍護。水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

漂浮式（浮管）光伏支架系統(tǒng)漂浮式（浮箱）支架系統(tǒng)采用高密度聚乙烯專用浮箱為浮體，浮箱根據(jù)組件傾角制作成相應(yīng)的角度，該支架系統(tǒng)僅使用少量的鋼連接片，無須設(shè)計鋼支架。支架系統(tǒng)需要乘船在水面拼接。該系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)是連接耳環(huán)，需要經(jīng)過詳細的內(nèi)力計算和力學(xué)試驗，若不滿足受力要求，需要進行局部節(jié)點加強。組件支撐系統(tǒng)與浮體系統(tǒng)是同一系統(tǒng)，組件受水面波動影響較大。并且，HDPE材料需要采取增強耐久性的措施。水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

漂浮式（浮箱）光伏支架系統(tǒng)浮箱系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)是連接耳環(huán)，若不滿足受力要求，需要進行局部節(jié)點加強，若節(jié)點加強很難實現(xiàn)時，需要改變連接方式。在水面漂浮電站中，做了如下漂浮系統(tǒng)的設(shè)計：水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

漂浮式（浮箱）光伏支架系統(tǒng)浮箱通過連接鋼梁串聯(lián)連接，四角耳環(huán)僅作為輔助連接方式浮箱系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)是連接耳環(huán)，浮箱之間的連接采用強度更高的鍍鋅鋼構(gòu)件或鋁合金構(gòu)件連接。標(biāo)準(zhǔn)浮箱連接可靠性差，但施工方便，施工速度快；浮箱支架組合方式，連接可靠，可實現(xiàn)最佳傾角，但節(jié)點較多，施工較復(fù)雜。水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

漂浮式（浮箱）光伏支架系統(tǒng)水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

漂浮式（浮箱）光伏支架系統(tǒng)（河北能源HSCC漂浮系統(tǒng)）2016年12月28日，研發(fā)、設(shè)計并施工的“HSCC浮箱”水面漂浮光伏電站示范項目順利并網(wǎng)發(fā)電，本項目采用了“浮箱+支架”的結(jié)構(gòu)形式，并使用了我公司研發(fā)的“HSCC浮箱”，使系統(tǒng)在受力性、適應(yīng)性、穩(wěn)定性、耐久性等方面均得到加強，能保障項目平穩(wěn)運行25年。該水面漂浮光伏電站示范項目主要有三大亮點：第一，浮箱采用復(fù)合型無機材料制作，浮體材料不會對水體產(chǎn)生污染，且其耐久性遠超光伏電站設(shè)計使用年限，解決了常規(guī)水面光伏電站漂浮系統(tǒng)耐久性及穩(wěn)定性較差的難題。在設(shè)計中結(jié)合先進的漂浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，可減少浮箱使用數(shù)量，降低工程造價。第二，本項目作為示范項目兼具多重科學(xué)任務(wù)。首先，測試我公司研發(fā)的“HSCC浮箱”，取得水面漂浮光伏電站實測數(shù)據(jù)。其次，同時選用雙玻N型雙面、單晶雙玻、多晶雙玻、單晶邊框四種國內(nèi)最先進的高效組件，項目并網(wǎng)后可對多種光伏組件的發(fā)電數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，為日后水面漂浮光伏電站的設(shè)計、施工提供寶貴數(shù)據(jù)。第三，該光伏水面漂浮系統(tǒng)隸屬于50MW農(nóng)業(yè)光伏項目的一部分，與地面光伏大棚部分形成鮮明對比，可從發(fā)電、運行、維護等方面同時對兩種不同形式的光伏系統(tǒng)進行監(jiān)測、分析，為光伏系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化和改進積累經(jīng)驗。該漂浮系統(tǒng)已申請國家專利，試驗項目已成功并網(wǎng)，正在進行有關(guān)測試。其中瑞元鼎泰、中來股份、樂葉光伏、昌盛日電、華為等單位對該漂浮系統(tǒng)的實驗和測試提供了大力支持，對他們表示感謝！水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

漂浮式（浮箱）光伏支架系統(tǒng)（河北能源HSCC漂浮系統(tǒng)）該漂浮系統(tǒng)具有以下特點：使用壽命遠大于光伏電站25年的設(shè)計壽命。造價較浮管漂浮系統(tǒng)及HDPE漂浮系統(tǒng)均低。結(jié)構(gòu)受力更合理，系統(tǒng)可靠性高。檢修更方便，漂浮系統(tǒng)穩(wěn)定性好。組件下沿離水面較高，方便安裝和運維。綜合測算，采用60片電池片組件豎排板時，經(jīng)濟性更好。浮箱位于前后排陣列之間，組件下部為水面，N型雙面發(fā)電組件更有優(yōu)勢。

漂浮式（浮箱）光伏支架系統(tǒng)，需要根據(jù)項目所在的廠址情況，根據(jù)不同的氣候環(huán)境、水面環(huán)境、風(fēng)載、雪載、組件選型、傾角大小進行設(shè)計，該漂浮系統(tǒng)不能做成全國甚至全球通用的設(shè)備。需要進行項目設(shè)計和檢測，確保光伏電站25年的壽命。浮體整體浮力計算及局部浮力計算；上部支架系統(tǒng)計算；風(fēng)荷載、水流力、波浪力等計算；定泊系統(tǒng)錨系的計算；撐桿或定泊導(dǎo)樁的計算；浮體局部受力計算；浮體連接螺栓及連接節(jié)點計算等；設(shè)計需考慮適應(yīng)水面波動變形的構(gòu)造措施。水面光伏電站項目的建設(shè)形式1水面光伏電站項目的建設(shè)形式1

水面光伏支架系統(tǒng)優(yōu)缺點及成本比較水面光伏電站項目的設(shè)備選型2水面光伏電站項目的建設(shè)形式1水面光伏電站項目的系統(tǒng)效率分析3目錄水面光伏電站項目的設(shè)備選型2

組件的選型組件材料的選用，須考慮不同地區(qū)沙塵、濕度、光照、溫度和鹽霧等環(huán)境影響。要考慮背板材料、封裝材料的耐濕熱、鹽霧腐蝕性能和粘接力的穩(wěn)定性。組件應(yīng)當(dāng)為PIDfree，具有第三方認(rèn)證。光伏組件的選型應(yīng)需設(shè)計院結(jié)合項目所處環(huán)境等，提供適合的組件技術(shù)規(guī)范書供建設(shè)單位招標(biāo)采購。雙玻組件生命周期更長、衰減率更低、散熱和絕緣性能更好，且透水率遠小于普通組件，具有更好的環(huán)境適應(yīng)性。水面光伏電站項目的設(shè)備選型2

雙玻組件優(yōu)勢分析衰減率更低：傳統(tǒng)組件的衰減大約在0.7%左右，雙玻組件為0.45%。防水性強：玻璃的透水率幾乎為零，不會發(fā)生水汽進入組件誘發(fā)EVA膠膜水解的問題。耐候性、耐腐蝕性強：玻璃是無機物二氧化硅，可以適應(yīng)酸雨或者鹽霧較大的地區(qū)。防PID、易清洗：雙玻組件無鋁邊框，即使玻璃表面存在露珠的情況下，PID發(fā)生的電場也無法建立，大大降低PID衰減的可能，同時無邊框使其更容易清洗，減少表面積灰。絕緣性好：玻璃的絕緣性優(yōu)于其他材料背板，可以滿足更高的系統(tǒng)電壓。防火等級高：防火等級由普通晶硅組件的C級升到A級。透光、美觀：雙玻組件可以實現(xiàn)透明組件的需求，可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)光、漁光、林光等互補項目。耗材少：結(jié)構(gòu)形式簡單，有機材料少，更利于環(huán)保。不宜積雪：無邊框設(shè)計使其在產(chǎn)生積雪時更容易滑落。生命周期長：雙玻組件可以質(zhì)保30年，發(fā)電周期更長。散熱性好：雙玻組件無背板，散熱性更好，從而提升發(fā)電量。耐磨性好：有效解決組件在野外的耐風(fēng)沙問題，在采煤沉陷區(qū)煤粉塵較多的地區(qū)優(yōu)勢較明顯。水面光伏電站項目的設(shè)備選型2

N型單晶雙面電池的優(yōu)勢分析除具有雙玻組件的特性外，N型單晶雙面電池尚具有以下優(yōu)點：組件綜合功率高。無光致衰減。度電成本低。溫度系數(shù)小。水面光伏電站能較好的發(fā)揮其性能。水面增益10%以上水面光伏電站項目的設(shè)備選型2

雙玻組件安裝因?qū)Ｓ脢A具中的EPDM在長時間的使用時，易出現(xiàn)老化脫落，組件松動等現(xiàn)象，故建議需用質(zhì)量可靠的EPDM膠條或采用背板掛鉤的連接方式。采用專用夾具安裝采用組件背板掛鉤安裝水面光伏電站項目的設(shè)備選型2

逆變器的選型環(huán)境多為高溫、高濕，甚至鹽霧環(huán)境設(shè)備器件失效率高,設(shè)備應(yīng)盡量減少易損件的使用，減少運維巡檢困難。IP65防護等級匯流箱運維維護較困難。在水面光伏電站，工作人員在水中作業(yè)，在抑制PID效應(yīng)同時，需要防止人員觸電風(fēng)險，保障人生安全。具有殘余電流檢測RCD及電路切斷功能。綜合考慮到節(jié)省投資，提高系統(tǒng)效率及運維安全等的、因素，建議采用組串式逆變器，固定于光伏支架或小型浮箱上。若采用集中型逆變器，需與箱變設(shè)備整體采用架高或漂浮設(shè)備平臺。高防護等級，減少易損件，方便運維巡檢水面光伏電站項目的設(shè)備選型2

電氣設(shè)備基礎(chǔ)平臺的選型架高式光伏電站，建議設(shè)置為固定架高式的逆變、升壓設(shè)備基礎(chǔ)平臺。水面漂浮的光伏電站，若水面尺寸較小，建議設(shè)置為固定架高式的逆變、升壓設(shè)備基礎(chǔ)平臺。水面漂浮的光伏電站，若水面尺寸較大或塌陷區(qū)內(nèi)，建議設(shè)置漂浮式的逆變、升壓設(shè)備平臺。對于漂浮式設(shè)備平臺可分為浮管式鋼結(jié)構(gòu)平臺，浮箱式鋼結(jié)構(gòu)平臺、浮箱式混凝土組合結(jié)構(gòu)平臺等。設(shè)計設(shè)備漂浮平臺時，需計算最不利工況下的承載力、傾覆力、連接錨固力、吊裝驗算等，并考慮其耐久性和經(jīng)濟性。水面光伏電站項目的設(shè)備選型2線纜敷設(shè)優(yōu)先采用浮體上敷設(shè)方式，其次選用水下敷設(shè)方式，線纜水面敷設(shè)的路徑應(yīng)根據(jù)總圖布置以及水域自然環(huán)境充分考慮，確保后期維護的便利性，降低由于維護不及時帶來的發(fā)電量損失；線纜設(shè)計時應(yīng)根據(jù)水位的變化充分考慮線纜長度的余量；此外還應(yīng)根據(jù)水域的自然環(huán)境來確定電纜護套的材料。建議采用無線通訊傳輸方案，降低傳統(tǒng)通信布線施工，調(diào)試以及維護的工作量。為了減少變壓器泄漏油對水面環(huán)境的影響，建議布置在水面以上的箱變采用歐式干變。

水面光伏電站設(shè)計中其它需要注意的問題水面光伏電站項目的系統(tǒng)效率分析3水面光伏電站項目的建設(shè)形式1水面光伏電站項目的設(shè)備選型2目錄水面光伏電站項目的系統(tǒng)效率分析3臨西縣朗源一期30兆瓦地面光伏電站項目

（實際發(fā)電量對比）

——由我公司設(shè)計的大型水面光伏發(fā)電系統(tǒng)

裝機容量：30MW，8MW為水面漂浮式光伏電站并網(wǎng)方式：35kV并網(wǎng)投運時間：2015年7月并網(wǎng)總發(fā)電量：3328萬kWh/年水面光伏發(fā)電量：976萬kWh/年

為了便于分析對比，選擇12#光伏發(fā)電系統(tǒng)進行對比水面部分安裝容量與地面部分安裝容量相當(dāng)。組件安裝傾角相同，陣列布置均無遮擋，直流損耗相當(dāng)，可認(rèn)為運行條件基本相同，比較結(jié)果具有代表意義。實測數(shù)