山地光伏电站关键设计技术研究

任 龙

（永靖国能光伏发电有限公司，甘肃 兰州 730020）

0 引言

近年来，随着国民经济不断发展，我国电能消耗量逐渐增大，对发电行业提出了更高要求。与此同时，随着绿色发展理念的提升，发展以太阳能为代表的清洁能源，改变能源结构便显得至关重要。目前，太阳能光伏发电站因其绿色环保、生产简单受到人们越来越广泛的关注。我国光伏产业起步相对较晚，光伏发电工程还存在关键技术标准不规范、技术应用面较窄、光伏闲置率较高等一系列问题。对此，本文分析探讨了进山地光伏电站关键设计技术应用的策略，这对山地光伏电站建设更好地应用关键设计技术具有积极现实意义。

1 山地光伏电站的特点

1.1 地形复杂光伏组件集电线路布置难度大

山地光伏电站具有地形复杂、光伏组件及集电线路布置难度大的特点。山地光伏电站场地大多地形较为复杂，地表并不平坦，朝向各不相同，部分场地中还伴有小型的水冲沟或高原岩石芽残丘；由于山地地形较为复杂，相比较地势平坦的地区，在山地上建立光伏电站，工作流程烦琐复杂，工作人员需要花费较大的精力来布置支架，且布置的支架并不能集中在一起。而且，复杂山地光伏电站中光伏发电单元较为分散，受到地形条件限制，合理、节约布置场区集电线路难度较大，容易导致项目区集电线路较长，线损较大。

1.2 设计施工周期短项目管理协调难度大

山地光伏电站设计及施工期间，施工人员所花费的时间比较短，但施工项目协调内容比较多，协调困难度较高。山地地势并不平坦，山坡比较多，所以为了使地表保持相对稳定的状态，一般情况下工作人员都是直接根据现有的地形进行设计和施工，这就增加了施工难度和施工安全风险发生概率。例如，光伏组件属于精密器件，在施工时要避免被挤压和碰撞。所以，在施工过程当中，管理人员需要采取更多的措施来保持施工人员人身安全，确保机械设备安全运行，从整体上来说，难度较大。

1.3 限制因素较多建设方案易反复

山地光伏电站具有限制因素较多、建设方案易反复的特点。光伏电站建设所占用的山地范围比较广，需要涉及多个领域，如林业、环保等。所以，一般在项目施工前提，施工单位需要将施工方案交由林业、环保等部门进行审核，待审核通过后才能进行下一步计划。而且，在项目施工过程中，经常会出现居民耕地被征用或租用的情况，由于征地补偿、当地风俗等因素影响，经常会出现建设征地工作开展不力，从而直接导致光伏电站建设方案反复调整。

2 山地光伏电站关键设计技术应用

2.1 光伏组件布置间距控制技术的应用

光伏组件布置间距控制这一关键技术，是建立在3S 空间分析基础上的。通过使用3S 空间分析技术，工作人员更好地完成光伏电站场地地形因子分析，并根据地形特征合理分配光伏组件，解决光伏组件间距布置范围过广、占地面积过大的问题。不仅如此，基于“3S”技术的组件布置，其误差大大减小，在提升光伏电站发电效率上有着突出的作用。以永靖县“十四五”第一批光伏发电项目为例。项目中，光伏组件采用竖向布置的方式，排布方式为2 行13 列，支架单元数量为12 107 组，共安装540 W 光伏组件8 452 组，535 W光伏组件3 655 组。

2.2 钻孔锚杆灌注桩基础技术的应用

不同于常规钻孔装置，钻孔锚杆灌注桩基础这一关键技术可以展开支架基础的钻孔任务，促使支架基础设计任务顺利完成。山地地形复杂，有的山地地区地表风化较为严重，土层并不稳定，这样设计好的支架基础容易晃动，影响施工安全，而钻孔锚杆灌注桩基础技术更能适应山地地形环境。工作人员可以使用空压手风钻完成钻孔任务，而且钻孔速度还比较快，钻孔程序较为简单。不仅如此，使用钻孔锚杆灌注桩基础这一关键技术还能有效节约施工成本，提高施工效率。所以说，钻孔锚杆灌注桩基础这一关键技术既能快速地完成钻孔任务，又能促使支架基础更加稳定，降低山地光伏电站建设成本。

2.3 集电线路布置技术的应用

集成线路布置技术适应山地地区地形的复杂性特征，将其应用到山地光伏电站设计和建设当中，不但可以节约电缆用量，而且还能有效控制建设成本，促使施工效率的提升。事实上，山地光伏电站地形复杂，坡多路险，地势坎坷不平，这给工作人员布置逆变器、箱变等任务增加了更多难度。而且，在山地光伏电站设计及建设过程中，集电线路、电缆用量等也是控制工程施工成本的主要要素，而通过应用集成线路布置技术可以实现这一目的。工作人员可以使用电缆沟穿越阵列、直埋电缆及电缆槽盒结合的方式来控制电缆用量，进而达到节约建设成本的目的。以永靖县“十四五”第一批光伏发电项目为例。该项目在遵守《光伏发电工程电气设计规范》的基础上，结合地形特点、光伏电站装机规模等各项因素，采用架空和铝合金电缆混合方案，全线设8 回35 KV 集电线路，每回集电线路接6 台箱变，全线采用单、双回路混合架空的方式走线。这期间，工作人员主要采用电缆线路汇集，电缆沟、穿管敷设的方式来控制电缆用量。

2.4 滑动可调型光伏支架技术的应用

在支架施工的测量环节，工作人员操作失误，使得测量数据和实际数据不一致，容易出现支架基础偏离原定计划位置的情况。如果偏离不大则对工程安全影响较小，但是山地地区的复杂地形会加大此误差的产生。针对这种情况，工作人员可以使用滑动可调型光伏支架这一关键技术，在支架基础上设置可滑动的调孔。当支架基础发生偏离时，通过转动连件、调节螺栓在支架斜梁位置，可以修复支架基础偏离导致的支架立柱位移，从而确保支架立柱和斜梁的连接在规定之内，保证支架安装既稳定又安全，这也是山地光伏电站工程项目施工的重要内容。

3 山地光伏电站关键设计技术应用中面临的困境

3.1 山地地形复杂施工难度大

目前，山地地形复杂施工难度大是山地光伏电站关键设计技术应用中面临的主要困境之一。我国北方山地地形主要表现为沙地化、荒漠化以及石漠化，这些地区地表起伏较大，小区域内朝向也不相同，且局部还存在冲沟、残丘等小地形，这导致供光伏电站修建的场地较为破碎与分散。基于山地地形的复杂性这一特征，为了在山地上顺利修建光伏电站，一般需要考虑较多的基础设施布置，比如，支架如何布置、立柱怎么搭建、系统流程怎样布局等。除此之外，还要考虑如何与自然状况更加合理地搭配，这些都会增加山地光伏电站施工难度。

3.2 支架及支架基础设计难度较高

当前，支架及支架基础设计难度较高是山地光伏电站关键设计技术应用中面临的主要困境之一。由于山地地形较为复杂，所以要想在山地上修建光伏电站，搭建基础支架是前提。而且，由于山地开发并不完全，地表上长着许多植物和荒草，一定程度上来说，这种地形为山风的形成提供便利的条件。这种情况下，如果按照平地支架设计要求去执行的话，那么搭建的支架将很容易被损毁，影响整个项目的有序进行。另外，山地地形结构并不单一，一般的履带式钻孔设备不能完成地表钻孔工作，通常需要工作人员手动操作，这增加了支架及支架基础建设难度。

4 推进山地光伏电站关键设计技术应用的策略

4.1 注重技术创新克服施工困难

注重技术创新，通过运用三维、3S 等高新技术，创新支架及支架基础设计，有效克服山地光伏电站施工困难，保证了山地光伏电站工程项目质量。第一，应用光伏组件布置间距控制技术。山地光伏电站地形条件复杂多变，为满足冬至日6 h 无遮挡这一行业标准要求，工作人员在设计光伏电站时，可以在3S 空间分析的技术基础上，搭建光伏支架规格参数联合分析指数。通过该指数，可以更精确地分析山地地形坡度、坡向等指标数据，再定量分析计算生成光伏阵列间距分布图谱。这样一来，工作人员可以根据得到的光伏阵列间距分布图谱，合理设计并控制光伏组件布置间距，避免占地面积过大，提升光伏阵列布置工作效率。第二，应用钻孔锚杆灌注桩基础技术。山地地形复杂，常规的履带式钻孔设备无法展开工作，一般需要人工操作，这就增加了支架及支架基础建设难度。针对这种情况，工作人员可以应用钻孔锚杆灌注桩基础这一关键技术。通过应用这种基础形式的设备，可以大大提升施工便捷性，还能更好地适应山地地形条件，保证工程质量和进度。

4.2 合理选择支架及基础设计方法

在进行山地光伏电站支架基础设计时，要结合实际情况，合理选择支架及支架基础设计方法，是较为重要的基础内容。由于山地地区和平原地区的地形条件有很大不同，因此其各自的支架设计强度要求也应当区分开来。工作人员在设计山地光伏电站支架基础过程中，应当先勘查现场山地地形特点。通过运用相关技术设备，经过实地测量，了解山地地形的基本要素，如坡度、山风规模及强度、其他自然气候要素等。基本了解现场的气候、地形等指标数据之后，再从综合角度考虑，制定合适的支架设计强度标准。在此基础上，工作人员结合支架设计强度标准要求，选择合适的支架及基础设计方法，这样设计出的支架也能适应山地气候，确保支架稳定、安全，保证山地光伏电站工程质量。

4.3 制订科学山地光伏电站施工方案

在山地地区修建光伏电站，前期施工准备工作量比较大。如果前期施工准备不充分，那么不但会影响整体施工部署，而且还会带来不同的安全、质量以及工期隐患。针对这个问题，工作人员在工程施工之前，要因地制宜，制订科学的山地光伏电站施工方案。以光伏组件选择这一环节为例。山地光伏电站通常建在交通较差的山区，运输、安装条件差，大型运输设备难到达场地。加之电站占地面积较大，站内交通较差，存在大量二次搬运，尤其是设备的安装需要依靠人力来完成。所以，工作人员要考虑到这些要素，在选择光伏组件时，要确保人力能够承担得起光伏组件尺寸大小和重量。同时，选择光伏组件之后，还要根据光伏组件的具体参数，考虑需要的搬运人数、花费的搬运时间等要素，制订一个合理的方案，提高安装效率，降低建设成本。

5 结语

综上所述，光伏组件布置间距控制技术、钻孔锚杆灌注桩基础技术等关键技术在山地光伏电站建设过程中占据着重要位置。然而，当前山地光伏电站关键设计技术应用中面临着山地地形复杂施工难度大、支架及支架基础设计难度较高、光伏电站前期施工准备工作量大以及山地光伏电站施工管理欠缺等困境。对此，可采取的应对措施有：注重技术创新，克服施工困难；合理选择支架及基础设计方法；制订科学山地光伏电站施工方案；加强山地光伏电站施工管理。本文关于山地光伏电站关键设计技术研究还不够全面，未来阶段应当持续关注山地光伏电站关键设计技术方面的研究动态，不断借鉴和学习，丰富研究经验，以弥补本文研究不足。