光伏地面电站可研设计审查要点

1 光伏地面电站可研设计内容

光伏地面电站的核心是光伏发电系统，主要利用太阳电池的光伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能，通常以一定数量的光伏组件串，通过直流汇流箱多串汇集，经逆变器逆变与隔离升压变压器升压成符合电网频率和电压要求后接入电网。

光伏地面电站的可研设计主要是开展场址太阳能资源分析，查明光伏电站站址工程地质条件，选定太能电池组件及逆变器的型式及主要技术参数，确定太阳电池阵列设计及布置方案，根据接入系统方案比较确定光伏电站升压变电站站址位置、电气主接线及光伏电站集电线路方案，并进行光伏电站及其升压站的电气设计等。

2 光伏地面电站设计中存在的问题

光伏地面电站设计的准入门槛较低，加之国内近些年较高的光伏装机规模增速，市场是各种没有过电源项目设计经验的设计院纷纷加入光伏电站设计的行列。与此同时，光伏电站的开发业主、区域、规模也是存在较大的差异，虽然国家颁布施行了《光伏发电站设计规范》（GB 50797-2012），各大发电集团也发布了相应的设计规范和设计导则，但上述规范性文件大多为纲领性的、指导性的文件，对深度、细节的设计则需要设计单位根据自身的实力和经验进一步细化，从而在可研设计文件上表现为诸多的不足。

1）光资源评估结果失真

项目光资源评估直接采用Solargis 等太阳能资源数据库中查询数据作为评估结果，未开展参考气象站数据分析计算。

2）光伏场址选址不合理

项目场址坡度过大，山坡走向偏东西向较多，水光互补或一些容易发生内涝地区逆变器、箱变高程较低，不满足防洪要求。

3）光伏阵列排距、间距不合理

在山地光伏项目中仍然按照平地光伏开展排距、间距计算，侧向高差、间距未考虑遮挡的影响。

4）支架形式不合理

片面追求跟踪支架对发电量的增益作用，在风速较高地区采用跟踪支架导致支架破坏。

5）基础形式不合理

在一些高风沙的沙漠化地区采用条形基础等浅基础形式；在一些土壤具有弱腐蚀性地区采用钢管螺旋桩，耐久性问题有待考验；在砂砾石地区采用PHC 桩，桩基础施工难度大。

6）容配比及子阵设计有待优化

电站容配比按照1∶1 或略大一点设计，未能充分利用逆变器容量；光伏子阵容量偏小，不利于节约用地和降低线路损耗。

容配比优化分析宜使用试算法进行计算，按照从低到高选取容配比进行多点计算，算出最优的容配比。

优化流程见下图：

容配比优选

　　光伏系统的容配宜综合考虑项目的地理位置、地形条件、太阳能资源条件、组件、安装类型、布置方式、逆变器性能、建设成本、光伏方阵至逆变器或并网点的各项损耗、电网需求等因素，经技术经济比选后确定。

年水平面总辐照量（GHR）等级

边界条件确定后，根据光伏电站容量和年利用小时数，测算1.4~1.8容配比下的单位发电量造价，选择性价比最优的容配比。

《光伏发电系统效能规范》的算例又对不同辐照量不同组件的结果进行了罗列分析。一般来说，单面组件比双面组件容配比高，中部省份如合肥省单面组件、固定支架集中逆变器的方案，1.6的容配比技术经济最优。

另外，根据住房和城乡建设部的公开信息，最新版的《光伏发电站设计规范（征求意见稿）》中， 组件和逆变器的比例最高限制为1.8：1。具体条款规定如下。

以上分析不难看出，从规范制定方面已经放开了光伏系统的容配比，具体执行项目时可以参考以上两本新规范，结合项目具体情况，选择合适的容配比。

3 光伏地面电站设计审查要点

1）光资源分析

光资源评估除查阅Solargis 等太阳能资源数据库外，还应选择场站所在地附件有太阳辐射长期观测记录的气象站作为参考气象站或采用现场观测数据进行资源分析。对太阳辐射观测数据应依据日天文辐射量等进行合理性校验。对分期建设的光伏电站或周边有已投运电站的项目，可以参考已投产项目环境监测设备的实测数据。

2）光伏场址选址

电量、电价是影响平价上网项目经济效益的关键因素，平价上网光伏项目优先选择光照资源好、火电标杆电价高的地区，在单位千瓦投资4 000 元的情况下，平价上网需要首年利用小时高于1 300 h 且火电标杆电价接近0.40 元/kW·h。山地光伏山坡坡度应最大不超过25°，一般以不超过15°为宜，山坡走向宜为南向或接近南向，避免山体阴影的遮挡。在水光互补或内涝地区，逆变器、箱变等应布置在高处，高程应满足防洪要求。

3）光伏排距、间距设计

固定式支架应以冬至日当天9:00~15:00 时太阳不被遮挡计算间距，并根据组串的排布、阵列的运行方式及场地地形变化进行调整。

4）支架设计

根据调研已经运行的光伏电站的得知，跟踪支架设备故障及运维费用明显高于固定支架费用。尤其是对于斜单轴跟踪系统，后期运维工作量及费用均较高，应慎重采用。在采用双面组件的情况下，平单轴或固定可调跟踪支架对于发电量有10%以上的发电量提升，应综合LCOE（平准化度电成本）进行必选确定。

在最大风速较高的地区，由于跟踪支架的强度和稳定性一般低于固定式支架，应该综合风荷载、雪荷载等计算确定支架形式。大型平地电站可以根据实证、试验等方式，采取外圈阵列固定式、内部阵列跟踪式的混合布置方式，充分利用固定支架对风速的环冲作用。

5）基础设计

光伏支架基础的设计应该在满足安全性和可靠性的基础上，优先采用新技术、新工艺、新材料。当地地形起伏大、不宜大规模挖填、对生态恢复要求高或冬季施工时，宜采用钢管螺旋桩、型钢桩等基础。基础选择应该综合支架结构形式和所承受的荷载、当地工程地质及水文地质条件、施工工艺的可行性及经济性指标综合确定。对水光互补、渔光互补等电站，在试桩的基础上可以采用PHC 桩基础，便于有水条件下的快速化施工。压块式基础对地基变形的适应性较强，在采煤沉陷区、高回填区等一些变形量较大的地区具有较好的适应性。

6）容配比及光伏子阵设计

对于集中式逆变器方案的容量配比推荐按1.10～1.35∶1 设计，组件布置方位角、倾角受场地限制，灰尘较大且不宜清洗、空气污染较重地区，山地等可能局部遮挡较多，鱼塘等组件衰减较大的项目可以适当提高，目前国外光伏项目容配比基本在1.5∶1以上。

较大的光伏子阵有利于减少电量损失，目前国外最大光伏子阵已经达到6 MW 以上。可研设计中可以由设计单位联合若干设备厂家进行系统配置方案设计，确保综合效益的最大化。对土地充裕项目，每个子方阵应考虑预留3%～5%的场地，以便组件衰减后扩容。

7）主设备选型

光伏组件选型应根据当地辐照条件，结合组件转换效率、后期衰减及造价情况，以全寿命期平准化度电成本最低为原则确定，对于光资源最丰富和很丰富地区，转换效率和衰减成为影响组件选型的最关键因素。

在高温高湿度地区，可根据项目的实际情况选用双面组件。目前，跟踪支架+双面组件是最有效的发电量提升设计方案。

逆变器的选型应通过所选逆变器与组件的匹配、工程运行及后期维护的因素的分析，确定逆变器的形式及主要技术参数。对平原及地形起伏较小的山地光伏电站，宜采用集中式逆变器或散式逆变器方案；对地形起伏较大的光伏电站宜优先采用组串式逆变器方案。

8）电器一次设计

10～35 kV 配电装置宜采用户内成套高压开关柜配置形式，对于海拔高度高于2 500 m 的地区，高压开关柜可以采用SF6 充气开关柜。35 kV 以上配电装置应根据地理位置选择户外或户内布置。在内陆及荒漠不受气候条件、占用土地及施工工程量等限制时，宜采用户外配电装置；当在沿海及土石方开挖工程量大的地区，当技术经济条件合理是可采用户内配电装置或气体绝缘金属封闭开关设备。对于“抢电价”的项目，采用户内布置方案时，预制舱式升压站（开关站）可以节省工期，但对于后期运维的便捷性有一定的影响。

升压变压器宜优先选用自冷式、低损耗、油浸式电力变压器，尽量选择标准容量，集电线路根据光伏方阵、升压站（开关站）位置，经技术经济比选后确定接线方案，可采用T接式连接方式或采用T 接与辐射连接相结合的连接方式。