集中式光伏電站效能分析及解決方案

王 闖

(中廣核新能源遼寧有限公司，遼寧 沈陽 110000)

光伏為高度全球化的行業。近十年來，在國家大力支持下，通過光伏企業不斷推進技術創新，使光伏發電成本大幅度降低。光伏發電價格在越來越多的國家和地區已經低于傳統的燃煤電價，成為最具競爭力的電力產品。面對國內經濟從高速增長到高質量發展的雙重推動，節能減排在國際市場的實施，以及對實現《巴黎協定》的承諾，“十四五”期間將是光伏產業的重要戰略機遇期。在我國能源結構中光伏發電所占的比例將大幅提升，年裝機容量將達到50GW以上，并逐步走向能源舞臺的中心，成為我國能源結構的主要組成部分。

1 光伏發電目前存在的問題及其解決方案

長期以來，光伏發電主要集中在建設、輕運行和維護上。從總體上看，光伏電站運行維護存在著標準不高、技術和管理水平不高、專業化、集約化程度不夠、效率低下等問題。運維已成為制約行業健康發展的瓶頸之一。光伏產業要實現高質量發展，除了高質量的建設質量外，還需要高水平的運維服務。筆者針對光伏電站的運行維護提出了相應的解決方案。

1.1 組件遮擋治理

農業大棚形式的光伏電站，容易受到樹木遮擋。發現有樹木遮擋組件及時修剪樹木，減少樹木對組件的遮擋。

山地光伏電站光伏區地形復雜、坡度大，對光伏組件的清洗、雜草清理等維護工作帶來很大難度。光伏區的除草工作應該委托專業的光伏電站運維公司，采用便攜式割草機與人工割草相結合進行作業，采用前期農藥除草與后期人工除草相結合。

因自然環境及周圍環境會對光伏組件表面造成污染，導致系統發電效率降低。組件清潔合同由專業運維公司負責。根據光伏電站地形的不同，采用機械清洗與人工清洗相結合的方式。

1.2 鳥害治理

鳥群棲息在組件大棚附近，鳥糞會污染組件表面，被污染的地方就會形成熱斑，鳥糞就可能削弱光伏發電站的發電能力。若有社會人員射殺鳥類，還可能造成組件破損。根據光伏電站鳥害的位置設置智能驅鳥裝置，合理布置達到最佳效果，并定時對驅鳥效果進行評估。

由于輸電線路鐵塔大多位于空曠地帶，看起來像高大的樹木，桿塔頂部的橫擔自然是鳥類筑巢的偏好之一。為進一步做好防鳥害工作，提高供電可靠性。根據供電線路鳥害事故的特點，結合電網鳥害事故風險分布圖，加強組織調查，及時排除危及線路安全的鳥巢?？梢约訌妼Ψ励B設施的調查，在重要部位安裝驅鳥器、護鳥板等設施，并對防鳥設施的效果進行評估。

1.3 效能提升改造

晶硅組件自身的自然衰耗不可避免，第一年內單晶硅組件衰耗≤3%，多晶硅組件衰耗≤2.5%；后續每年衰耗≤0.7%；隨著時間的推移，組件衰耗的累計更多。為了保證組件表明清潔，每年都會對組件進行幾次清洗，加上風沙的侵襲，對組件表明的磨損也是不可避免的?？梢酝ㄟ^光伏組件增加無機納米涂層來達到效能提升的效果，光伏組件表面噴涂無機納米涂層，可修復組件板面的平整度、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，任何串聯都會因組件電流差而導致電流損失，任何并聯都會因組件的電壓差而造成電壓損失，組件匹配損失可以達到8%以上。要想通過降低匹配損失耗損來提高電站發電量，要注意在運維人員更換組件時，盡量采用同品牌同型號電流一致的組件，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備性能，達到效能提升。

已安裝清洗機器人的場站，科學安排清洗機器人工作周期，確保電站有良好的發電效能，當安裝清洗機器人區域功率比下降3%時，可安排清洗機器人對組件進行清掃。

對于光伏電站均投運5年以上的，組件衰減嚴重，目前衰減率達5%左右，運行很難達到批復容量。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，達到批復容量，充分利用現有設備，提升效能。

1.4 智能運維應用

1.4.1 光伏區發配電設備多，實現設備的高效預警功能直接關乎電站運行可靠性。在設備發生故障前找出故障征兆，避免設備故障的發生，這比在設備發生故障后對設備進行維護保養更有效。通過監控巡檢：在光伏電站的監控后臺畫面中，每天兩次巡檢對光伏區域設備進行，并及時處理停機或故障設備；通過人工巡檢：由運行維護人員每天兩次對光伏區的箱變、逆變器進行檢查，及時發現設備隱患，并予以處理；通過定期體檢：每年定期進行設備定檢工作，對箱變、逆變器、匯流箱等連接電纜連接處進行發熱檢查和螺栓緊固;建立檔案：加強每臺設備進行臺賬管理，及時把設備情況記錄到設備臺賬，記錄設備的消缺、異動、試驗、檢修等信息。

1.4.2 建立可量化指標對電站整體運行水平進行評估和分析。等效利用小時是將統計期內電站發電量折算為電站滿負荷運行時的發電小時數，是一項評估電站運行水平的重要指標。通過比較等效利用小時數，可以得出電站的發電量水平情況。如果電站存在低于同區域、同資源的其他光伏電站的等效利用小時數指標，則該電站可能存在日常運行維護不到位或發電能力較弱的情況，可由此判斷光伏電站發電能力仍有提升空間。如果有這種情況發生，必須進一步進行光伏電站的系統效率和設備可用率分析，評估得出整個電站的系統效率，什么是光伏電站等效利用小時數偏低的主要原因。功率比是指在并網點某一時刻，只要光強大于一定值，測量并網點或者逆變器的逆變單元功率，同時測量你的光照面的輻射程度以及組件溫度，測出來后把并網點的功率進行溫度和光強修正，修正到你的STC條件，實際并網的功率除以你的初裝功率，就是功率轉換率，核心指標作為評價整個光伏發電系統運行水平的，一般認為功率轉換率范圍在80%～85%之間的地面集中式光伏電站才是合理的。如果有功率轉換率指標不在合理范圍內光伏電站的，則需要進一步分析電站整個光伏發電系統的能量損失，找出能耗損失的異常點。發電廠能耗分析：太陽輻射能量經過光伏組件、匯流箱、逆變器、箱式變壓器和主變壓器后，會有不同程度的能量損失。能量損耗可以用四大損耗來衡量：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，當電站等效利用小時數和電能轉換率較低時，應首先對電站的4個損耗進行分析，找出能量損失的異常點，其次再通過深入分析設備可利用率，并結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指標定位出故障設備和運行不佳設備，找到電站等效利用小時數和系統效率偏低的真正原因。

1.4.3 故障等級分類，快速提升電站的運維水平。在光伏電站的日常運行維護中，根據設備故障的影響程度可將設備故障分為3個等級：一類故障是指設備停運時間達到7天以上的故障或威脅人身、設備安全、可能釀成事故的故障，或直接經濟損失在30萬元以上的故障；此類故障需要運維事業部層面對技術人員、工器具、備品備件(消耗品)進行調配，或與設備廠家進行溝通協調處理。二類故障是指造成設備停運時間達到3天以上，或直接經濟損失在5萬元至30萬元(含30萬元)之間的故障，或者本電場(站)由于運維人員技術水平原因，或工器具配備問題，或備品備件(消耗品)的儲備問題無法處理，通過區域運維中心對技術人員、工器具、備品備件(消耗品)的調配以及與設備廠家人員協調，在7天內能夠處理的故障。三類故障是指停機時間在3天以內、對設備安全運行影響較小，且一般不至于發展成為上述兩類故障，或直接經濟損失在5萬元(含5萬元)以內、由本電場(站)運維人員利用本地儲存的工器具、備品備件、消耗品等能處理的故障。及時的故障響應和高效的故障排除率在日常運維工作中，對于不同類型的故障，故障排除的響應速度也不同。只有及時的故障響應，準確的故障定位和快速的故障排除措施，才能有效縮短設備的故障持續時間，減少因設備故障而導致的功率損耗。定期的預防性維護可以有效地減少設備故障的頻率，并通過定期的預防性維護消除萌芽中的隱患。例如，在強風到來之前，緊固部件的壓塊可以有效地減少強風吹走的零件；定期清潔組件可以減少因防塵而造成的功率損耗。通過科學的故障分類，及時的故障響應和有效的故障排除率，可以有效縮短設備的故障持續時間，從而減少功率損耗。定期的預防性維護可以有效減少設備故障的頻率，延長設備的使用壽命，并確保整個電站的安全，穩定和高效運行。

表1 2019年6月與2020年6月逆變器優化對比

2 治理效果

已優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臺組串逆變器。

現場逆變器，每一路MPPT配2路組串，每臺逆變器有6路組串接入，共3個MPPT模塊。而MPPT模塊檢測組串電壓達到250V時逆變器并網發電。由于光伏電站是山地性質，安裝組件沿著山坡地勢安裝，造成個別一路MPPT接入組件朝向角不一致，并網時間延后，影響發電量，所以開展組串逆變器接入優化治理。

2.1 優化調整方法

根據現場實際勘察，選出3臺逆變器優化，第1和第3路組串進行更換接入MPPT，優化前后如表1所示。

2.2 數據對比

對比2019年6月發電量(單位：kW·h)，數據如表2所示。

表2 2019年6月逆變器發電量單位：kW·h

對比2020年6月其他逆變器平均值發電量(單位：kW·h)，數據如表3所示。

表3 2020年6月逆變器平均值發電量單位：kW·h

2.3 治理結論

根據上述數據，2020年6月比2019年6月提升1.15%，優化后3臺逆變器發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%。目前統計時間較短，后續通過長期數據對比更能說明情況。

3 總結

現有的光伏電站存量較大，應該通過加強運行維護工作來提升電站整體效能，為了提高電站的發電效率和綜合效率，有必要對太陽能資源指標，能耗指標、能耗損耗指標，設備運行水平指標和電站運行指標進行深入分析。提升電站的整體運維效率與運維水平，確保全廠設備安全、經濟、穩定運行及設備檢修安全措施的正確無誤，固化運維經驗，逐步提升光伏電站的整體效能。