4.4.4.1 我國太陽能發電發展概況

    太陽能光伏發電和光熱發電是目前太陽能發電的兩種主要方式。光伏發電的主要特點在于可作為分布式電源，安裝在負荷中心，無需遠距離輸送，就地發電就地使用。同時，可模塊化安裝，規模大小隨意，可安裝于屋頂和墻面，不占地，光伏出力與白天用電高峰相重合，既可享受峰值電價也可為電網削峰。

    光熱發電是利用發射鏡等聚光系統將太陽能聚集起來，加熱某種工質，然后經過換熱交換器產生高溫高壓的過熱蒸汽，驅動汽輪機并帶動發電機發電。太陽能熱發電主要有塔式、槽式、盤式、太陽池和太陽能熱氣流五種發電系統。光熱發電的特點是，先將太陽能轉化為熱能再進行發電，一定程度上可以平抑日照波動，對電網相對友好，同時熱能可以有效儲存且具有一定的經濟性，熱源可與火電等熱電廠互補，提高發電小時數和調峰，并提供可供調度的電力。

    目前已實現產業化應用的太陽能發電主要是太陽能光伏發電和太陽能光熱發電。近年來，隨著技術進步，光伏發電和光熱發電成本快速下降，太陽能已成為增長最快的清潔能源。截至2013年底，全國累計并網運行光伏發電裝機容量1942萬千瓦，其中光伏發電站1632萬千瓦，分布式光伏310萬千瓦，全年累計發電量90億千瓦時。

    2013年新增光伏發電裝機容量1292萬千瓦，其中光伏發電站1212萬千瓦，分布式光伏80萬千瓦。截至2013年底，全國22個主要省（自治區、直轄市）已累計并網741個大型光伏發電項目，主要分布在我國西北地區。

    截至2014年底，我國光伏發電累計裝機容量2805萬千瓦，同比增長60%，其中，光伏發電站2338萬千瓦，分布式467萬千瓦，年發電量約250億千瓦時，同比增長超過200%。2014年新增裝機容量1060萬千瓦，約占全球新增裝機的五分之一，占我國光伏電池組件產量的三分之一，實現了《國務院關于促進光伏產業健康發展的若干意見》中提出的平均年增1000萬千瓦目標；其中，光伏發電站855萬千瓦，分布式205萬千瓦。

    光伏發電已呈現東中西部共同發展格局。中東部地區新增裝機容量達到560 萬千瓦，占全國的53%，其中，江蘇省新增152萬千瓦，僅次于內蒙古自治區；河北省新增97萬千瓦，居全國前列。西部省份中，內蒙古、青海、甘肅和寧夏均較大。

    我國光熱產業的發展走過了技術起步、科學試驗和商業示范三個階段。20 世紀70年代，部分國內的科研院所就開始進行光熱發電應用技術基礎研究。80 年代起，我國開啟了光熱發電試驗示范項目的建設的序幕，首個試驗示范項目是延慶八達嶺塔式光熱示范項目，裝機容量為1MW，于2012年年底建成投運。2013 年，我國光熱產業由科學試驗階段轉入了商業示范階段，第一個商業運營項目- 中控德令哈一期10MW塔式光熱電站于2013年7月并網發電，項目至今已連續運行兩年，2014年全年實現發電量800余萬度。

    截至到2014年，我國光熱并網裝機容量約為18M（另一統計口徑為13.88MW，差別不大）。除了中控德令哈一期10MW項目為商業示范項目外，其余并網項目均為科學試驗項目，裝機容量都在1MW以下。

    4.4.4.2 太陽能發電站概述

    1.太陽能光伏發電站概述

    1）太陽能光伏發電站和發電系統

    根據GB50797-2012《光伏發電站設計規范》，以光伏發電系統為主，包含各類建（構）筑物及檢修、維護、生活等輔助設施在內的發電站稱為光伏發電站。光伏發電系統是利用太陽能電池的光生伏特效應，將太陽輻射能直接轉換成電能的系統。

    光伏發電系統按是否接人公共電網可分為并網光伏發電系統和獨立光伏發電系統。并網光伏發電系統按接人并網點的不同可分為用戶側光伏發電系統和電網側光伏發電系統。

    光伏發電系統按安裝容量可分為下列三種系統：

    （1）小型光伏發電系統：安裝容量小于或等于lMWp；

    （2）中型光伏發電系統：安裝容量大于lMWp和小于或等于 30MWp；

    （3）大型光伏發電系統：安裝容量大于30MWP。

    光伏發電系統按是否與建筑結合可分為與建筑結合的光伏發電系統和地面光伏發電系統。太陽能光伏發電系統主要由太陽能電池組件（或方陣）、蓄電他（組）、光伏控制器，逆變器（在有需要輸出交流電的情況下使用）以及一些測試、監控、防護等附屬設施構成。

    （1）太陽能電池組件太陽能電池組件也叫太陽能電池扳，是太陽能光伏發電系統中的核心部分，也是太陽能光伏發電系統中價值最高的部分，其作用是將太陽光的輻射能量轉換為電能，并送往蓄電池中存儲起來，也可以直接用于推動負載工作。當發電容量較大時，就需要多塊電池組件串、并聯后構成太陽能電池方陣。

    （2）蓄電池蓄電池的作用主要是存儲太陽能電池發出的電能，并可隨時向負載供電。太陽能光伏發電系統對蓄電池的基本要求是：自放電：率低、使用壽命長、充電效率高、深放電能力強、工作溫度范圍寬、少維護或免維護以及價格低廉。目前為光伏系統配套使用的主要是免維護鉛酸電池，在小型、微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池或超級電容器。當需要大容量電能存儲時，就需要將多只蓄電池串、并聯起來構成蓄電池組。

    （3）光伏控制器太陽能光伏控制器的怍用是控制整個系統的工作狀態，其功能主要有防止蓄電池過充電保護、防止蓄電池過放電保護、系統短路保護、系統極性反接保護、夜間防反充保護等。在溫差較大的地方，控制器還有有溫度補償的功能。另外控制器還有光控開關、時控開關等工作模式，以及充電狀態、蓄電池電量：等各種工作狀態的顯示功能。光伏控制器般分為小功率、中功率、大功率和風光互補控制器等。

    （4）交流逆變器交流逆變器是把太陽能電池組件或者蓄電池輸輸出的直流電轉換成交流電供應給電網或者交流負載使用的設備。逆變器按運行方式可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能發電系統，為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能發電系統。

    （5）光伏發電系統附屬設施光伏發電系統的設施包括直流配線系統、交流配電系統、運行監控和檢測系統、防雷和接地系統等。

    太陽能電池組件。太陽能電池組件的種類較多，根據太陽能電池片的類型不同可分為晶體硅（單、多晶硅）太陽能電池組件、非晶硅薄膜太陽能電池組件及砷化鎵電池組件等：按照封裝材料和工藝的不同可分為環氧樹脂封裝電池板和層壓封裝電池組件：按照用途的不同可分為普通型太陽能電池組件和建材型太陽能電池組件。其中建材型太陽能電池組件又分為單面玻璃透光型電池組件、雙面夾膠玻璃電池件件和雙面中空玻璃電池組件。用晶體硅太陽能電池片制作的電池組件應用占到市場份額的85%以。

    制造太陽能電池組件的主要材料有面板玻璃、EVA膠膜、背板材料（鋼化玻璃、有機玻璃、鋁合金、TPT復合膠膜等）、鋁合金邊框（也有用不銹鋼和增強塑料）、連接盒與連接線、互連條。太陽能電池組件的邊框材料主要采用鋁合金，也有用不銹鋼和增強塑料的。電池組件安裝邊框一是為了保護層壓后的電池組件，二是為了方便組件的安裝。電池組件無論是單獨安裝還是組成電池方陣都要通過邊框與電池組件支架固定。一般都在在邊框適當部位打孔，同時支架的對應部位也打孔，然后通過螺栓固定連接。鋁合金邊框材料表面要進行陽極化處理，常用型材及角鋁外形如圖 4-119所示。鋁合金邊框的框架四個角有兩種固定方法，一種方法是在框架四個角中插入齒狀角鋁，然后用專用撞角機撞擊固定；另一種方法是用不銹鋼螺栓對邊框四角進行固定。

    太陽能電池組件支架和基礎太陽能電池組件的支架包括屋頂支架和地面支架。

    （1）屋頂支架屋頂支架的制作材料可以用角鋼焊接，也可選擇定制組件固定專用鋼制沖壓結構件。圖4-120是斜面和平面屋頂的支架示意圖，圖4-121是用角鋼制作的三角形組件支架實體圖，圖4-122是用屋頂用鋼制沖壓結構件固定電池組件的結構方法示意圖，圖4-123是山東某屋頂太陽能光伏發電站太陽能電池組件照片。

    （2）地面支架地面用光伏方陣支架般都是用角鋼制作的三角形支架，其底座是水泥混凝土基礎。圖4-124是兩個地面方陣固定安裝應用實例，圖4-125是日喀則地面太陽能光伏發電站太陽能組件安裝照片。

    （3）地面支架基礎光伏組件支架基礎主要有獨立基礎、條形基礎、預制樁基礎、鉆孔灌注樁基礎、鋼螺旋樁基礎。獨立基礎形式簡單，應用廣泛，埋置較深，幵挖量及回填量較大。條形基礎埋置深度可相對較淺，但開挖量、回填量較大，混凝土量相對較大。此類基礎型式多應用于地基承載力較差，對不均勻沉降要求較高的平單軸光伏支架中。預制樁基礎可批量制作，施工速度快，施工不存在填挖方，僅需簡單場平。但采用靜壓或錘擊設備將樁體擠壓入土內吋，樁體易發生斷裂，需對樁頂采用鋼筋網加固，增加造價，且垂直度不易保證。多用于游泥質土、粘性土、填土、濕陷性黃土等。鉆孔灌注樁基礎成孔較為方便，可以根據地形調整基礎頂面標高，頂標高易控制，混凝土鋼筋用量小，幵挖量小，施工快，對原有植被破壞小。但存在混凝土現場成孔、澆筑，適用于一般填土、粘性土、粉土、砂土等。

    鋼螺旋樁基礎成孔方便，可以根據地形調整基礎頂面標高，不受地下水影響，在冬季氣候條件下照常施工，施工快，標高調整靈活，對自然環境破壞很小，不存在填挖方工程，對原有植被破壞小，不需要場平。適用于沙漠、草原、灘涂、戈壁、凍土等。但用鋼梁較大，造價相對較高，且不適用于有強腐蝕性地基及巖石地基。

    2.太陽能光熱發電站概述

    2）太陽能光熱發電系統的組成

    典型的太陽能熱發電系統由以下四個部分組成：聚光集熱子系統、蓄熱子系統、輔助能源子系統和汽輪機發電子系統。

    （1）聚光集熱子系統聚光集熱子系統包括聚光器、接收器和跟蹤裝置。聚光器用于收集陽光并將其聚集到一個有限尺寸面上，以提高單位面積上的太陽輻照度，從而提高被加熱工質的工作溫度。聚光器是太陽能熱發電系統中的一個關鍵部件，入射陽光首先經過它發射到接收器。接收器是通過接受經過聚焦的陽光，將太陽能輻射能轉變為熱能，并傳遞給工質的部件。在這里，工質被太陽輻射能加熱，變成過熱蒸汽，再經管道送往汽輪機。跟蹤裝置是為了使一天中所有時刻的太陽輻射都能通過發射鏡面反射到固定不動的接收器上設置的。

    （2）蓄熱子系統蓄熱子系統是太陽能熱發電系統中必不可少的組成部分。因為太陽能熱發電系統在早晚和白天云遮間歇的時間內，都必須依靠儲存的太陽能來維持正常運行。

    （3）輔助能源子系統輔助能源子系統就是在系統中增設常規燃料鍋爐，用于陰雨天和夜間啟動，以維持電站能夠一直持續運行。

    （4）汽輪發電子系統汽輪發電子系統是太陽能熱發電系統用的動力發電裝置，可選用的有現代汽輪機、燃氣輪機、低沸點工質汽輪機和斯特林發動機。

    太陽能光熱發電系統分類

    太陽能熱發電主要有塔式、槽式、盤式、太陽池和太陽能熱氣流五種發電系統。塔式太陽能熱發電系統也稱集中型太陽能熱發電系統，是利用眾多的平面反射鏡陣列，將太陽輻射發射到置于高塔頂部的太陽接收器上，加熱工質產生過熱蒸汽，驅動汽輪機發電機組發電，從而將太陽能轉換為電能。

    槽式太陽能熱發電系統是槽式拋物面發射鏡太陽能熱發電系統的簡稱，也稱分散型太陽能熱發電系統，是將眾多的槽型拋物面聚光集熱器，經過串并聯排列，從而可以收集較高溫度的熱能，加熱工質，產生過熱蒸汽，驅動汽輪機組發電。

    盤式太陽能熱發電系統是利用旋轉拋物面反射鏡收集太陽能，這是一個很早就提出的概念，近年來，隨著新型動力機械和其他相關技術的迅速發展，將旋轉拋物面反射鏡配合新型動力發電機組構成現代的盤式太陽能熱發電裝置。

    太陽池熱發電系統是將天然鹽水湖建成太陽池，就是一個巨大的平板太陽集熱器。利用它吸收太陽能，再通過熱交換器加熱低沸點工質產生過熱蒸汽，驅動汽輪發電機組。

    太陽能熱氣流發電是以大地為吸熱材料的巨大蓬式地面太陽空氣集熱器的中央，建造高大的豎直煙囪。煙囪的底部在近空氣集熱器透明蓋板的下面開吸風口，上面安裝風輪。地面空氣集熱器根據溫度效應生產熱氣，從吸風口進入煙囪，形成熱氣流，驅動安裝在煙囪內的風輪帶動發電機發電。

    我國北京八達嶺太陽能光熱發電站（圖4-126）和青海德令哈50MW塔式太陽能光熱發電站一期10MW（圖4-127）都是塔式太陽能光熱發電系統，德令哈50MW 槽式光熱發電項目于2015年12月26日開工建設，預計2017年底建成投運。

    4.4.4.3 太陽能發電站腐蝕與防護措施

    目前在我國，絕大部分的太陽能發電站是光伏發電，因此，本報告僅討論光伏發電站的腐蝕與防護。

    太陽能光伏發電站中，鋁合金框架和支架暴露于大氣環境中，地面支架的基礎暴露于土壤環境，是易于發生腐蝕的部件。在地上及混凝土基礎上設置的支架的根部是易于發生腐蝕的部位（見圖 4-128），這是因為地面及遭受雨淋的混凝土面濕度較高，金屬被浸泡時間太長而造成的。埋在地面及混凝土下的部分與外部露出的部分之間會產生電位差，因此還會加快腐蝕速度。另外支架與太陽能電池板的接合部分，以及螺栓孔等與不同金屬直接接觸的部分也是易于發生腐蝕的部位。

    處于土壤環境的地面支架基礎的腐蝕取決于土壤的腐蝕性，在我國太陽能資源豐富的西部地區，鹽漬土分布廣泛，在這樣的環境中，支架基礎會遭受嚴重的腐蝕破壞。

    GB/T 50797-2012《光伏發電站設計規范》規定，光伏支架應結合工程實際選用材料、設計結構方案和構造措施，保證支架結構在運輸、安裝和使用過程中滿足強度、穩定性和剛度要求，并符合抗震、抗風和防腐等要求。光伏支架材料宜采用鋼材，材質的選用和支架設計應符合現行國家標準GB 50017《鋼結構設計規范》的規定。支架防腐蝕應符合下列要求：

    （1）支架在構造上應便于檢查和清刷；

    （2）鋼支架防腐宜采用熱浸鍍鋅，鍍鋅層平均厚度不應小于55μm；

    （3）當鋁合金材料與除不銹鋼以外的其他金屬材料或與酸、堿性的非金屬材料接觸、緊固時，宜采取隔離措施；

    （4）鋁合金支架應進行表面防腐蝕處理，可采用陽極氧化措施，陽極氧化膜最小厚度應符合表4-65的規定。

    正在編制的國家標準《太陽能發電站支架基礎技術規范》（征求意見稿）規定，腐蝕等級為中及以下土壤環境中鋼樁基礎的防腐處理應符合下列規定：鋼樁基礎的防腐處理可采用外表面涂鍍防腐層、增加腐蝕余量及采用特殊耐腐蝕材料等措施；當鋼管樁內壁同外界隔絕時，可不考慮內壁防腐。混凝土基礎的耐久性設計應符合現行國家標準GB/T50476《混凝土結構耐久性設計規范》和現行行業標準JGJ94《建筑樁基技術規范》的相關規定。位于腐蝕性環境中的混凝土基礎應按現行國家標準GB50046《工業建筑防腐蝕設卄規范》的相關規定采取防腐措施。

    4.4.4.4 我國太陽能發電站腐蝕與防護案例

    我國西北地區本某大型光伏發電站建設于2010年5月，裝機容量為5MW。2011年11月和2012年2月分別對該電站光伏陣列基礎進行了第一次實地觀測和第二次跟蹤觀測。實地觀測與調研發現光伏發電站地樁基礎與地面接觸的部分出現了白色粉末狀的物質和不同程度的腐蝕現象，部分接地地網出現了生銹現象。這是由于電站所在區域土地的鹽堿性較重，土壤中的可溶性鹽對地樁腐蝕的結果。實地觀察已見部分水泥基礎出現了鹽漬堆積腐蝕現象。在第二次的跟蹤觀測中，發現螺旋樁（地錨）基礎與水泥混凝土基礎均出現不同程度的鹽漬堆積腐蝕現象，相對于第一次觀測結果，鹽堿性土壤對水泥混凝土基礎的腐蝕更加突出，有部分水泥混凝土基礎出現了開裂現象，而螺旋樁（地錨基礎腐蝕得相對輕一些（圖4-129和圖4-130）。因此，在西北鹽灘與鹽漬土等區域的大型光伏發電站中在成本造價允許的前提下，應盡量采用螺旋樁地錨基礎。

    4.4.4.5 我國太陽能發電站有關腐蝕的相關技術標準

    目前，我國與太陽能發展腐蝕相關的技術標準有：

    （1）GB/T 50797-2012《光伏發電站設計規范》

    （2）GB/T 18912-2002 光伏組件鹽霧腐蝕試驗

    （3）GB51101-2016太陽能發電站支架基礎技術規范

    4.4.4.6 小結

    （1）太陽能光伏發電和光熱發電是目前太陽能發電的兩種主要方式。

    （2）太陽能光伏發電系統主要由太陽能電池組件（或方陣）、蓄電他（組）、光伏控制器，逆變器（在有需要輸出交流電的情況下使用）以及一些測試、監控、防護等附屬設施構成。

    （3）光伏發電站中，鋁合金框架和支架暴露于大氣環境中，地面支架的基礎暴露于土壤環境，是易于發生腐蝕的部件。支架與太陽能電池板的接合部分，以及螺栓孔等與不同金屬直接接觸的部分也是易于發生腐蝕的部位。處于土壤環境的地面支架基礎的腐蝕取決于土壤的腐蝕性。

    （4）GB 51101—2016《太陽能發電站支架基礎技術規范》對太陽能發電站支架基礎防腐蝕做出了規定。