王 闖

(中廣核新能源遼寧有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

光伏為高度全球化的行業(yè)。近十年來(lái)，在國(guó)家大力支持下，通過(guò)光伏企業(yè)不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，使光伏發(fā)電成本大幅度降低。光伏發(fā)電價(jià)格在越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)低于傳統(tǒng)的燃煤電價(jià)，成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的電力產(chǎn)品。面對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)從高速增長(zhǎng)到高質(zhì)量發(fā)展的雙重推動(dòng)，節(jié)能減排在國(guó)際市場(chǎng)的實(shí)施，以及對(duì)實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的承諾，“十四五”期間將是光伏產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中光伏發(fā)電所占的比例將大幅提升，年裝機(jī)容量將達(dá)到50GW以上，并逐步走向能源舞臺(tái)的中心，成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的主要組成部分。

1 光伏發(fā)電目前存在的問(wèn)題及其解決方案

長(zhǎng)期以來(lái)，光伏發(fā)電主要集中在建設(shè)、輕運(yùn)行和維護(hù)上。從總體上看，光伏電站運(yùn)行維護(hù)存在著標(biāo)準(zhǔn)不高、技術(shù)和管理水平不高、專業(yè)化、集約化程度不夠、效率低下等問(wèn)題。運(yùn)維已成為制約行業(yè)健康發(fā)展的瓶頸之一。光伏產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，除了高質(zhì)量的建設(shè)質(zhì)量外，還需要高水平的運(yùn)維服務(wù)。筆者針對(duì)光伏電站的運(yùn)行維護(hù)提出了相應(yīng)的解決方案。

1.1 組件遮擋治理

農(nóng)業(yè)大棚形式的光伏電站，容易受到樹木遮擋。發(fā)現(xiàn)有樹木遮擋組件及時(shí)修剪樹木，減少樹木對(duì)組件的遮擋。

山地光伏電站光伏區(qū)地形復(fù)雜、坡度大，對(duì)光伏組件的清洗、雜草清理等維護(hù)工作帶來(lái)很大難度。光伏區(qū)的除草工作應(yīng)該委托專業(yè)的光伏電站運(yùn)維公司，采用便攜式割草機(jī)與人工割草相結(jié)合進(jìn)行作業(yè)，采用前期農(nóng)藥除草與后期人工除草相結(jié)合。

因自然環(huán)境及周圍環(huán)境會(huì)對(duì)光伏組件表面造成污染，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電效率降低。組件清潔合同由專業(yè)運(yùn)維公司負(fù)責(zé)。根據(jù)光伏電站地形的不同，采用機(jī)械清洗與人工清洗相結(jié)合的方式。

1.2 鳥害治理

鳥群棲息在組件大棚附近，鳥糞會(huì)污染組件表面，被污染的地方就會(huì)形成熱斑，鳥糞就可能削弱光伏發(fā)電站的發(fā)電能力。若有社會(huì)人員射殺鳥類，還可能造成組件破損。根據(jù)光伏電站鳥害的位置設(shè)置智能驅(qū)鳥裝置，合理布置達(dá)到最佳效果，并定時(shí)對(duì)驅(qū)鳥效果進(jìn)行評(píng)估。

由于輸電線路鐵塔大多位于空曠地帶，看起來(lái)像高大的樹木，桿塔頂部的橫擔(dān)自然是鳥類筑巢的偏好之一。為進(jìn)一步做好防鳥害工作，提高供電可靠性。根據(jù)供電線路鳥害事故的特點(diǎn)，結(jié)合電網(wǎng)鳥害事故風(fēng)險(xiǎn)分布圖，加強(qiáng)組織調(diào)查，及時(shí)排除危及線路安全的鳥巢。可以加強(qiáng)對(duì)防鳥設(shè)施的調(diào)查，在重要部位安裝驅(qū)鳥器、護(hù)鳥板等設(shè)施，并對(duì)防鳥設(shè)施的效果進(jìn)行評(píng)估。

1.3 效能提升改造

晶硅組件自身的自然衰耗不可避免，第一年內(nèi)單晶硅組件衰耗≤3%，多晶硅組件衰耗≤2.5%；后續(xù)每年衰耗≤0.7%；隨著時(shí)間的推移，組件衰耗的累計(jì)更多。為了保證組件表明清潔，每年都會(huì)對(duì)組件進(jìn)行幾次清洗，加上風(fēng)沙的侵襲，對(duì)組件表明的磨損也是不可避免的?？梢酝ㄟ^(guò)光伏組件增加無(wú)機(jī)納米涂層來(lái)達(dá)到效能提升的效果，光伏組件表面噴涂無(wú)機(jī)納米涂層，可修復(fù)組件板面的平整度、增加透光率及提高自清潔效果。

光伏電站不可避免地存在組件匹配損失，任何串聯(lián)都會(huì)因組件電流差而導(dǎo)致電流損失，任何并聯(lián)都會(huì)因組件的電壓差而造成電壓損失，組件匹配損失可以達(dá)到8%以上。要想通過(guò)降低匹配損失耗損來(lái)提高電站發(fā)電量，要注意在運(yùn)維人員更換組件時(shí)，盡量采用同品牌同型號(hào)電流一致的組件，或者盡可能保持組件的衰減一致。

山地光伏采用組串逆變器，組串逆變器能夠跟蹤多路MPPT，可將組件朝向相近的組件棚放在一路MPPT下，這樣可以充分利用設(shè)備性能，達(dá)到效能提升。

已安裝清洗機(jī)器人的場(chǎng)站，科學(xué)安排清洗機(jī)器人工作周期，確保電站有良好的發(fā)電效能，當(dāng)安裝清洗機(jī)器人區(qū)域功率比下降3%時(shí)，可安排清洗機(jī)器人對(duì)組件進(jìn)行清掃。

對(duì)于光伏電站均投運(yùn)5年以上的，組件衰減嚴(yán)重，目前衰減率達(dá)5%左右，運(yùn)行很難達(dá)到批復(fù)容量。光伏電站光照資源充裕，要充分利用電站空閑土地的使用，適量的加裝組件，達(dá)到批復(fù)容量，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，提升效能。

1.4 智能運(yùn)維應(yīng)用

1.4.1 光伏區(qū)發(fā)配電設(shè)備多，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效預(yù)警功能直接關(guān)乎電站運(yùn)行可靠性。在設(shè)備發(fā)生故障前找出故障征兆，避免設(shè)備故障的發(fā)生，這比在設(shè)備發(fā)生故障后對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)更有效。通過(guò)監(jiān)控巡檢：在光伏電站的監(jiān)控后臺(tái)畫面中，每天兩次巡檢對(duì)光伏區(qū)域設(shè)備進(jìn)行，并及時(shí)處理停機(jī)或故障設(shè)備；通過(guò)人工巡檢：由運(yùn)行維護(hù)人員每天兩次對(duì)光伏區(qū)的箱變、逆變器進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，并予以處理；通過(guò)定期體檢：每年定期進(jìn)行設(shè)備定檢工作，對(duì)箱變、逆變器、匯流箱等連接電纜連接處進(jìn)行發(fā)熱檢查和螺栓緊固;建立檔案：加強(qiáng)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行臺(tái)賬管理，及時(shí)把設(shè)備情況記錄到設(shè)備臺(tái)賬，記錄設(shè)備的消缺、異動(dòng)、試驗(yàn)、檢修等信息。

1.4.2 建立可量化指標(biāo)對(duì)電站整體運(yùn)行水平進(jìn)行評(píng)估和分析。等效利用小時(shí)是將統(tǒng)計(jì)期內(nèi)電站發(fā)電量折算為電站滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)電小時(shí)數(shù)，是一項(xiàng)評(píng)估電站運(yùn)行水平的重要指標(biāo)。通過(guò)比較等效利用小時(shí)數(shù)，可以得出電站的發(fā)電量水平情況。如果電站存在低于同區(qū)域、同資源的其他光伏電站的等效利用小時(shí)數(shù)指標(biāo)，則該電站可能存在日常運(yùn)行維護(hù)不到位或發(fā)電能力較弱的情況，可由此判斷光伏電站發(fā)電能力仍有提升空間。如果有這種情況發(fā)生，必須進(jìn)一步進(jìn)行光伏電站的系統(tǒng)效率和設(shè)備可用率分析，評(píng)估得出整個(gè)電站的系統(tǒng)效率，什么是光伏電站等效利用小時(shí)數(shù)偏低的主要原因。功率比是指在并網(wǎng)點(diǎn)某一時(shí)刻，只要光強(qiáng)大于一定值，測(cè)量并網(wǎng)點(diǎn)或者逆變器的逆變單元功率，同時(shí)測(cè)量你的光照面的輻射程度以及組件溫度，測(cè)出來(lái)后把并網(wǎng)點(diǎn)的功率進(jìn)行溫度和光強(qiáng)修正，修正到你的STC條件，實(shí)際并網(wǎng)的功率除以你的初裝功率，就是功率轉(zhuǎn)換率，核心指標(biāo)作為評(píng)價(jià)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行水平的，一般認(rèn)為功率轉(zhuǎn)換率范圍在80%～85%之間的地面集中式光伏電站才是合理的。如果有功率轉(zhuǎn)換率指標(biāo)不在合理范圍內(nèi)光伏電站的，則需要進(jìn)一步分析電站整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量損失，找出能耗損失的異常點(diǎn)。發(fā)電廠能耗分析：太陽(yáng)輻射能量經(jīng)過(guò)光伏組件、匯流箱、逆變器、箱式變壓器和主變壓器后，會(huì)有不同程度的能量損失。能量損耗可以用四大損耗來(lái)衡量：光伏陣列吸收損耗、逆變器損耗、集電極線和箱式變壓器損耗以及升壓站損耗。因此，當(dāng)電站等效利用小時(shí)數(shù)和電能轉(zhuǎn)換率較低時(shí)，應(yīng)首先對(duì)電站的4個(gè)損耗進(jìn)行分析，找出能量損失的異常點(diǎn)，其次再通過(guò)深入分析設(shè)備可利用率，并結(jié)合逆變器輸出功率離散率和匯流箱組串電流離散率這兩個(gè)指標(biāo)定位出故障設(shè)備和運(yùn)行不佳設(shè)備，找到電站等效利用小時(shí)數(shù)和系統(tǒng)效率偏低的真正原因。

1.4.3 故障等級(jí)分類，快速提升電站的運(yùn)維水平。在光伏電站的日常運(yùn)行維護(hù)中，根據(jù)設(shè)備故障的影響程度可將設(shè)備故障分為3個(gè)等級(jí)：一類故障是指設(shè)備停運(yùn)時(shí)間達(dá)到7天以上的故障或威脅人身、設(shè)備安全、可能釀成事故的故障，或直接經(jīng)濟(jì)損失在30萬(wàn)元以上的故障；此類故障需要運(yùn)維事業(yè)部層面對(duì)技術(shù)人員、工器具、備品備件(消耗品)進(jìn)行調(diào)配，或與設(shè)備廠家進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)處理。二類故障是指造成設(shè)備停運(yùn)時(shí)間達(dá)到3天以上，或直接經(jīng)濟(jì)損失在5萬(wàn)元至30萬(wàn)元(含30萬(wàn)元)之間的故障，或者本電場(chǎng)(站)由于運(yùn)維人員技術(shù)水平原因，或工器具配備問(wèn)題，或備品備件(消耗品)的儲(chǔ)備問(wèn)題無(wú)法處理，通過(guò)區(qū)域運(yùn)維中心對(duì)技術(shù)人員、工器具、備品備件(消耗品)的調(diào)配以及與設(shè)備廠家人員協(xié)調(diào)，在7天內(nèi)能夠處理的故障。三類故障是指停機(jī)時(shí)間在3天以內(nèi)、對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行影響較小，且一般不至于發(fā)展成為上述兩類故障，或直接經(jīng)濟(jì)損失在5萬(wàn)元(含5萬(wàn)元)以內(nèi)、由本電場(chǎng)(站)運(yùn)維人員利用本地儲(chǔ)存的工器具、備品備件、消耗品等能處理的故障。及時(shí)的故障響應(yīng)和高效的故障排除率在日常運(yùn)維工作中，對(duì)于不同類型的故障，故障排除的響應(yīng)速度也不同。只有及時(shí)的故障響應(yīng)，準(zhǔn)確的故障定位和快速的故障排除措施，才能有效縮短設(shè)備的故障持續(xù)時(shí)間，減少因設(shè)備故障而導(dǎo)致的功率損耗。定期的預(yù)防性維護(hù)可以有效地減少設(shè)備故障的頻率，并通過(guò)定期的預(yù)防性維護(hù)消除萌芽中的隱患。例如，在強(qiáng)風(fēng)到來(lái)之前，緊固部件的壓塊可以有效地減少?gòu)?qiáng)風(fēng)吹走的零件；定期清潔組件可以減少因防塵而造成的功率損耗。通過(guò)科學(xué)的故障分類，及時(shí)的故障響應(yīng)和有效的故障排除率，可以有效縮短設(shè)備的故障持續(xù)時(shí)間，從而減少功率損耗。定期的預(yù)防性維護(hù)可以有效減少設(shè)備故障的頻率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，并確保整個(gè)電站的安全，穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

表1 2019年6月與2020年6月逆變器優(yōu)化對(duì)比

2 治理效果

已優(yōu)化組串逆變器接入為例，某光伏電站占地面積約19.33hm2，為丘陵地貌，海拔高度介于200m～700m之間，屬于組串式地面電站，總裝機(jī)容量10MW，組件采用固定式傾角安裝，組件安裝角度為38°。安裝301臺(tái)組串逆變器。

現(xiàn)場(chǎng)逆變器，每一路MPPT配2路組串，每臺(tái)逆變器有6路組串接入，共3個(gè)MPPT模塊。而MPPT模塊檢測(cè)組串電壓達(dá)到250V時(shí)逆變器并網(wǎng)發(fā)電。由于光伏電站是山地性質(zhì)，安裝組件沿著山坡地勢(shì)安裝，造成個(gè)別一路MPPT接入組件朝向角不一致，并網(wǎng)時(shí)間延后，影響發(fā)電量，所以開展組串逆變器接入優(yōu)化治理。

2.1 優(yōu)化調(diào)整方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察，選出3臺(tái)逆變器優(yōu)化，第1和第3路組串進(jìn)行更換接入MPPT，優(yōu)化前后如表1所示。

2.2 數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)比2019年6月發(fā)電量(單位：kW·h)，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2019年6月逆變器發(fā)電量單位：kW·h

對(duì)比2020年6月其他逆變器平均值發(fā)電量(單位：kW·h)，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 2020年6月逆變器平均值發(fā)電量單位：kW·h

2.3 治理結(jié)論

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，2020年6月比2019年6月提升1.15%，優(yōu)化后3臺(tái)逆變器發(fā)電量分別比前一年提升1.46%、1.20%、0.83%。比全站平均值分別提升1.15%、1.45%、3.16%。目前統(tǒng)計(jì)時(shí)間較短，后續(xù)通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)對(duì)比更能說(shuō)明情況。

3 總結(jié)

現(xiàn)有的光伏電站存量較大，應(yīng)該通過(guò)加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)工作來(lái)提升電站整體效能，為了提高電站的發(fā)電效率和綜合效率，有必要對(duì)太陽(yáng)能資源指標(biāo)，能耗指標(biāo)、能耗損耗指標(biāo)，設(shè)備運(yùn)行水平指標(biāo)和電站運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行深入分析。提升電站的整體運(yùn)維效率與運(yùn)維水平，確保全廠設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行及設(shè)備檢修安全措施的正確無(wú)誤，固化運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，逐步提升光伏電站的整體效能。