光伏電站的運維

王文雅 蒲澤偉 吳敏 白珍 萬溧 劉誠鵬 倉啦桑擁拉姆 吳振雙 董曉冬

（西藏自治區能源研究示范中心，西藏 拉薩 850000）

0 引言

隨著光伏電站在人們日常生活中投放的增多，中國光伏發電的總裝機容量居全球首位［1］。因此，其后期的運維也越來越重要［2］。由于偏遠無電地區、孤島等國網無法到達的地方和急需清潔能源替代傳統化石能源的不斷枯竭狀態，為了響應國家綠色能源等鼓勵政策，我國建造了許多光伏發電站，包括離、并網光伏兩種發電站。這些光伏電站，在長期的投運過程中需要進行監測、維護，才能及時避免光伏電站系統癱瘓和有效減少發電效率和電能質量的降低。

1 光伏電站簡述

一套完備的光伏電站包含光伏組件、逆變器、控制器、儲能設備、支架等其他配件，如圖1。其電站又分為并網光伏電站與離網光伏電站。并網光伏電站指與市電連在一起，無儲能裝置，直接通過逆變器轉換成國家電網需要的電壓要求，并優先供用戶使用，如果電站所產生的電量滿足不了用戶用電需求，就從電網中補充，否則，余電上網；離網型光伏電站別名獨立式光伏電站，相對于并網光伏電站，需配備儲能裝置。

圖1 光伏發電系統

1.1 光伏電站工作原理

光伏發電的工作原理是借助半導體材料的結界面（PN 結）產出的光生伏特效應直接把太陽能轉變為電能的一種方法。當太陽光輻射到光伏組件（太陽能板子）上，在光生伏特效應下，將太陽能直接轉化為直流電流，在控制器調配下將富余部分直流電能儲藏在蓄電池裝置里［3］，另外一部分通過逆變器轉變成為交流電，交流電可直接并入用戶側或升壓后并入電網。

1.2 光伏電站的主要組成元件

1.2.1 光伏組件。光伏組件是由多個太陽能單體電池串、并（混連）聯后經嚴密的封裝構成的，若干個光伏組件先串后并在一起組成太陽能電池陣列。光伏組件是光伏發電站系統核心光伏器件，還是太陽能發電系統里最重要的部件。

1.2.2 控制器。控制器功能是調控光伏組件所產出的電能，將調控整合后的電能送去直流負荷端；是將富余電能送到蓄電池組存儲；把蓄電池組的電能送往與之相連的用戶側的負載（或電網）；防止蓄電池組在使用時的過充、放電。

1.2.3 逆變器。逆變器的最首要作用是整流——即把產生的電流的直流形式轉換成電流的交流狀態的設備。主要是把光伏組件發出的直流電能和存儲在蓄電池中的直流電轉換成供負荷端（用戶側）消耗的交流電。按照運行模式，逆變器能劃為獨立運行逆變器和并網逆變器，獨立運行逆變器用在獨立光伏電站中，并網逆變器用在并網運行的光伏發電站中；根據輸出的波形，逆變器可劃為正弦波逆變器與方波逆變器，正弦波逆變器可用在各種負載中，方波逆變器多用在對諧波需求不高的光伏系統里。

配電柜的作用：交流輸出側安全性提高；檢修方便；方便交流側計量。

1.2.4 儲能設備即蓄電池組。蓄電池組的作用是儲存太陽能電池板在日光的照射下發出的電能（直流電源）并隨時準備向負載供電，一般是光伏電站中多占成本很高的部件。在光伏電站中運用的蓄電池組的需滿足如下方面：自放電率低；使用壽命長；深放電能力強；充電效率高；少維護或免維護；工作溫度范圍寬；價格便宜。

2 光伏電站日常運行中的故障分析

2.1 光伏組件

光伏組件在長期運輸和安裝的過程中出現隱裂現象或者由于選址不當、落葉和鳥糞、灰塵等造成熱斑效應或者出現裂紋。造成整塊板子無電甚至至影響整組光伏方陣。

2.2 光伏直流電纜

光伏直流電纜是指連在光伏板與匯流箱、逆變器之間的線路，在長期日照或者地下掩埋下，由于雨、雪等天氣會造成線路的老化和短路、斷路等現象。

2.3 通訊故障

常見的通訊故障為通訊地址錯誤、通訊盒燒壞、通訊端口松弛、電源插頭被拔掉、通訊接口積灰等，很容易造成通訊中斷，難以監測到光伏電站時實運行狀態。

2.4 逆變器故障

常見的逆變器故障可分為：交流側無電流輸出；直流側電壓不在設定的正常范圍；開機無反應；逆變器發熱；多臺同時運行時報故障；漏電流；出廠電壓參數低于國網電壓脫網等。

2.5 蓄電池

蓄電池的運行年限一般是3～5 年，成本還比較高。如果蓄電池組的長期閑置，特別易造就蓄電池的損毀。冬天外界溫度過低，由于保暖措施不當，造成蓄電池組效率下降，使用年限變短。

2.6 無功補償故障

并網時，由于逆變器、CT 端接線問題等造成無功補償不足或無功補償退出等。

2.7 孤島故障

光伏發電并網中，出現孤島效應的前提如下：發電裝置輸出的功率與孤島系統中的負荷相符合，即相位平衡時；電網因故障、維修、電壓不穩定等因素造成供電中斷；發電裝置不能檢測到孤島效應（檢測盲區或檢測無效）等。

3 光伏電站的維護

光伏電站若要良好的運行，需要各個環節的設備完好且相互匹配。施工前，做好對光伏電站建立充足的前期調研，施工設計等工作。定期檢測光伏電站系統中的各設備運行情況，如若發現故障或造成故障出現的安全隱患及時反饋并進行保養維護。

培養并配備專業技術人員對光伏電站進行維護。無論是獨立光伏發電站還是并網光伏發電站的運行，都離不開專業技術人員的檢測及維護。加強培養光伏領域的專技人員的專業知識、實踐動手操作能力。

做好對光伏電站的遠程監測管理工作。能夠實時發覺電站運行過程里出現的故障等，及時啟動應急裝置，斷開電路保護相關設備。運維人員根據遠程監控的反饋內容，準備好相應的處理方案和工作進行檢修操作，減少了不必要的人員來回路程浪費，縮短維修周期。

注意光伏電站四周環境衛生的清理。不遮蓋光伏組件，并定期清洗光伏組件，注意防雷，增加發電的轉化率。