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(yè)。近十年來，在國家大力支持下，通過光伏企業(yè)不斷推進技術(shù)創(chuàng)新，使光伏發(fā)電成本大幅度降低。光伏發(fā)電價格在越來越多的國家和地區(qū)已經(jīng)低于傳統(tǒng)的燃煤電價，成為最具競爭力的電力產(chǎn)品。面對國內(nèi)經(jīng)濟從高速增長到高質(zhì)量發(fā)展的雙重推動，節(jié)能減排在國際市場的實施，以及對實現(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)略機遇期。在我國能源結(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(jié)構(gòu)的主要組成部分。

1 光伏發(fā)電目前存在的問題及其解決方案

長期以來，光伏發(fā)電主要集中在建設(shè)、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(shù)和管理水平不高、專業(yè)化、集約化程度不夠、效率低下等問題。運維已成為制約行業(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，還需要高水平的運維服務(wù)。筆者針對光伏電站的運行維護提出了相應(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修剪樹木，減少樹木對組件的遮擋。

山地光伏電站光伏區(qū)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(qū)的除草工作應(yīng)該委托專業(yè)的光伏電站運維公司，采用便攜式割草機與人工割草相結(jié)合進行作業(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)境會對光伏組件表面造成污染，導致系統(tǒng)發(fā)電效率降低。組件清潔合同由專業(yè)運維公司負責。根據(jù)光伏電站地形的不同，采用機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(fā)電站的發(fā)電能力。若有社會人員射殺鳥類，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，合理布置達到最佳效果，并定時對驅(qū)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(jù)供電線路鳥害事故的特點，結(jié)合電網(wǎng)鳥害事故風險分布圖，加強組織調(diào)查，及時排除危及線路安全的鳥巢?？梢约訌妼Ψ励B設(shè)施的調(diào)查，在重要部位安裝驅(qū)鳥器、護鳥板等設(shè)施，并對防鳥設(shè)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(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。可以通過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(lián)都會因組件電流差而導致電流損失，任何并聯(lián)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(fā)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(shè)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(fā)電效能，當安裝清洗機器人區(qū)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(xiàn)有設(shè)備，提升效能。

1.4 智能運維應(yīng)用

1.4.1 光伏區(qū)發(fā)配電設(shè)備多，實現(xiàn)設(shè)備的高效預(yù)警功能直接關(guān)乎電站運行可靠性。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)生故障后對設(shè)備進行維護保養(yǎng)更有效。通過監(jiān)控巡檢：在光伏電站的監(jiān)控后臺畫面中，每天兩次巡檢對光伏區(qū)域設(shè)備進行，并及時處理停機或故障設(shè)備；通過人工巡檢：由運行維護人員每天兩次對光伏區(qū)的箱變、逆變器進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，并予以處理；通過定期體檢：每年定期進行設(shè)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(fā)熱檢查和螺栓緊固;建立檔案：加強每臺設(shè)備進行臺賬管理，及時把設(shè)備情況記錄到設(shè)備臺賬，記錄設(shè)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(tǒng)計期內(nèi)電站發(fā)電量折算為電站滿負荷運行時的發(fā)電小時數(shù)，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(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數(shù)指標，則該電站可能存在日常運行維護不到位或發(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，必須進一步進行光伏電站的系統(tǒng)效率和設(shè)備可用率分析，評估得出整個電站的系統(tǒng)效率，什么是光伏電站等效利用小時數(shù)偏低的主要原因。功率比是指在并網(wǎng)點某一時刻，只要光強大于一定值，測量并網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的功率除以你的初裝功率，就是功率轉(zhuǎn)換率，核心指標作為評價整個光伏發(fā)電系統(tǒng)運行水平的，一般認為功率轉(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)換率指標不在合理范圍內(nèi)光伏電站的，則需要進一步分析電站整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量損失，找出能耗損失的異常點。發(fā)電廠能耗分析：太陽輻射能量經(jīng)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(shù)和電能轉(zhuǎn)換率較低時，應(yīng)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(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指標定位出故障設(shè)備和運行不佳設(shè)備，找到電站等效利用小時數(shù)和系統(tǒng)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(jù)設(shè)備故障的影響程度可將設(shè)備故障分為3個等級：一類故障是指設(shè)備停運時間達到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)濟損失在30萬元以上的故障；此類故障需要運維事業(yè)部層面對技術(shù)人員、工器具、備品備件(消耗品)進行調(diào)配，或與設(shè)備廠家進行溝通協(xié)調(diào)處理。二類故障是指造成設(shè)備停運時間達到3天以上，或直接經(jīng)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(shù)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(qū)域運維中心對技術(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。三類故障是指停機時間在3天以內(nèi)、對設(shè)備安全運行影響較小，且一般不至于發(fā)展成為上述兩類故障，或直接經(jīng)濟損失在5萬元(含5萬元)以內(nèi)、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(yīng)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(yīng)速度也不同。只有及時的故障響應(yīng)，準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)時間，減少因設(shè)備故障而導致的功率損耗。定期的預(yù)防性維護可以有效地減少設(shè)備故障的頻率，并通過定期的預(yù)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(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)時間，從而減少功率損耗。定期的預(yù)防性維護可以有效減少設(shè)備故障的頻率，延長設(shè)備的使用壽命，并確保整個電站的安全，穩(wěn)定和高效運行。

表1 2019年6月與2020年6月逆變器優(yōu)化對比

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(xiàn)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(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安裝，造成個別一路MPPT接入組件朝向角不一致，并網(wǎng)時間延后，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)場實際勘察，選出3臺逆變器優(yōu)化，第1和第3路組串進行更換接入MPPT，優(yōu)化前后如表1所示。

2.2 數(shù)據(jù)對比

對比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)計時間較短，后續(xù)通過長期數(shù)據(jù)對比更能說明情況。

3 總結(jié)

現(xiàn)有的光伏電站存量較大，應(yīng)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(fā)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(shè)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(shè)備安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行及設(shè)備檢修安全措施的正確無誤，固化運維經(jīng)驗，逐步提升光伏電站的整體效能。