自然環(huán)境對海上光伏運(yùn)維管理的影響以及應(yīng)對措施

張鑫紅

摘?要：隨著國家政策的出臺，新能源行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展的階段，海上光伏發(fā)電具有多項優(yōu)勢，使其成為可持續(xù)能源的有前景選擇。但海上光伏由于其環(huán)境的特殊性，給運(yùn)維工作帶來了新的挑戰(zhàn)。本文首先通過對光伏運(yùn)維系統(tǒng)原理研究、然后分析海上環(huán)境因素對系統(tǒng)故障的影響，介紹了現(xiàn)有海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法，最后，對常見的光伏運(yùn)維系統(tǒng)的故障提出應(yīng)對措施，以期為后續(xù)研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：海上光伏；運(yùn)維管理；新能源

中圖分類號：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.02.088

0?引言

在碳達(dá)峰，碳中和國家目標(biāo)政策的支撐下，新能源迎來了高速發(fā)展的新周期，太陽能光伏作為一種新型的清潔能源得到了大力發(fā)展。

近年來，可再生能源持續(xù)高速增長，導(dǎo)致陸地上的利用空間變得有限并趨于飽和。過度開發(fā)會帶來土地占用、自然資源消耗和環(huán)境壓力等問題。另外，生態(tài)紅線問題也使陸地電站開發(fā)面臨不確定性。因此，許多電站開發(fā)企業(yè)開始將目光轉(zhuǎn)向海洋清潔能源，尋求新的發(fā)展機(jī)會。海上光伏發(fā)電系統(tǒng)因其大規(guī)模利用海洋面積、降低溫度和增加日照時間的優(yōu)勢，成為可持續(xù)能源的有前景的選擇。

海上光伏利用了大片海洋面積，解決了陸地上可再生能源利用空間有限的問題。海洋面積廣闊，可以充分利用太陽能資源，實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)電。其次，海洋環(huán)境相對穩(wěn)定，熱量擴(kuò)散效果好，能夠降低光伏組件的溫度，提高發(fā)電效率。與此同時，海水對光伏組件的冷卻效果也有利于提高發(fā)電效能。此外，海上光伏系統(tǒng)還能減少陸地電站所帶來的土地占用問題，有助于保護(hù)自然資源和生態(tài)環(huán)境。最后，海上光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)可以促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會，并為當(dāng)?shù)靥峁┛煽康那鍧嵞茉垂?yīng)。綜上所述，海上光伏發(fā)電具有利用空間大、效率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

然而，海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)面臨著諸多困難和挑戰(zhàn)，使其管理變得更加復(fù)雜和困難。首先，海上環(huán)境本身變化多端，受到海洋氣候、海浪、風(fēng)暴等因素的影響，使得運(yùn)維人員難以準(zhǔn)確預(yù)測和應(yīng)對突發(fā)情況。其次，由于設(shè)備的安裝和維修需要在海上進(jìn)行，工作環(huán)境艱苦且風(fēng)險較高，需要專業(yè)的團(tuán)隊和設(shè)備來進(jìn)行操作和維護(hù)。此外，海水的腐蝕作用也對設(shè)備和材料提出了更高的要求，增加了維護(hù)和更換成本。另外，海洋環(huán)境下的傳輸和通信也面臨著困難，影響了與設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。綜合考慮，海上光伏運(yùn)維管理的困難性需要綜合考慮各種因素，并采取相應(yīng)的解決方案和策略。

1?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)

1.1?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的基本原理和特點

海上光伏系統(tǒng)的組成部分主要包括光伏組件、支架、電氣設(shè)備等。

其中光伏組件是光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，由若干個太陽能電池板組成，通過光電效應(yīng)將太陽光轉(zhuǎn)化為直流電能。支架是光伏組件的安裝支撐結(jié)構(gòu)，用于將光伏組件固定在海上平臺或浮筒上。支架需要具備良好的抗風(fēng)、抗浪、抗腐蝕等性能，同時還需考慮太陽光照射角度的調(diào)節(jié)以提高發(fā)電效率。電氣設(shè)備包括直流接觸器、逆變器、組串盒、電纜等，負(fù)責(zé)將光伏組件產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，并將其輸送到電網(wǎng)中供電使用。為了有效管理和運(yùn)營海上光伏系統(tǒng)，需要安裝監(jiān)控系統(tǒng)來實時監(jiān)測光伏組件的發(fā)電狀況、運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷等。

總結(jié)而言，海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的工作原理是通過光伏組件的光電轉(zhuǎn)換將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)過支架固定和電氣設(shè)備轉(zhuǎn)換輸送到電網(wǎng)中。光伏組件、支架、電氣設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)等是系統(tǒng)的重要組成部分。這些部件共同協(xié)作，實現(xiàn)海上光伏系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)。

1.2?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)與陸上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的區(qū)別和獨特性

海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)與陸上光伏運(yùn)維系統(tǒng)在一些方面存在區(qū)別和獨特性。

首先是面臨環(huán)境方面，海上光伏系統(tǒng)處于海洋環(huán)境中，面臨較高的風(fēng)力、海流和鹽腐蝕等環(huán)境壓力，需要選擇適應(yīng)海洋環(huán)境的材料和設(shè)備，加強(qiáng)防護(hù)措施。例如，海洋環(huán)境中存在水質(zhì)和生物的影響，海上光伏系統(tǒng)易受到海水中的鹽分、藻類附著等問題影響，需要加強(qiáng)防腐蝕措施。陸上光伏系統(tǒng)則通常面臨比較穩(wěn)定的風(fēng)力、溫度和濕度等條件，相對而言環(huán)境條件更為溫和，對材料和設(shè)備的要求相對較低。

其次是支架設(shè)計，海上光伏系統(tǒng)的支架需要具備更強(qiáng)的抗風(fēng)、抗浪和抗腐蝕性能，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。陸上光伏系統(tǒng)的供電站則可采用較為簡單的支架結(jié)構(gòu)，不需要特別考慮風(fēng)力和海流等因素的影響。

然后安全和維護(hù)方面，海上光伏系統(tǒng)的安全和維護(hù)更為復(fù)雜。維護(hù)人員需要具備相關(guān)的海上作業(yè)經(jīng)驗和技能，有時還需要通過船只、船橋等工具進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。陸上光伏系統(tǒng)相對更易維護(hù)，維護(hù)人員可直接進(jìn)入供電站進(jìn)行檢修和維護(hù)工作。

最后數(shù)據(jù)監(jiān)測，海上光伏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測包括實時監(jiān)測光伏組件的發(fā)電量、溫度、電壓等關(guān)鍵參數(shù)，以及整個系統(tǒng)的性能。這就需要確保數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備能夠穩(wěn)定地將數(shù)據(jù)從光伏陣列傳輸?shù)奖O(jiān)測站或控制中心。海上環(huán)境的復(fù)雜性可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷或失真，因此需要采用可靠的通信技術(shù)和設(shè)備，如高速光纖通信、抗干擾的無線通信等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和解讀。

綜上所述，海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)與陸上光伏運(yùn)維系統(tǒng)在環(huán)境條件、支架設(shè)計、安全維護(hù)、水質(zhì)生物影響和數(shù)據(jù)監(jiān)測等方面存在明顯的區(qū)別和獨特性。海上光伏系統(tǒng)需要應(yīng)對海洋環(huán)境的挑戰(zhàn)并加強(qiáng)防護(hù)措施，而陸上光伏系統(tǒng)則相對簡化了這些考慮，更易于維護(hù)和監(jiān)測。

3?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性

3.1?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的海洋環(huán)境特點

海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)在海洋環(huán)境中面臨著特殊挑戰(zhàn)，需要克服海水腐蝕、海浪、風(fēng)速和鹽霧侵蝕等因素的影響。海水腐蝕是一個重要問題，海洋環(huán)境中的鹽分和腐蝕性物質(zhì)會對光伏組件和支架材料造成氧化、腐蝕和結(jié)構(gòu)損壞，研究人員通過開發(fā)耐腐蝕性更強(qiáng)的材料和表面涂層來提高系統(tǒng)的耐久性。

此外，海浪和高風(fēng)速是海上光伏系統(tǒng)的常見挑戰(zhàn)。強(qiáng)大的海浪可能導(dǎo)致光伏組件的震動和破壞，而高風(fēng)速可能造成支架結(jié)構(gòu)的破壞和光伏組件的脫落。因此，研究人員需要開發(fā)抗風(fēng)設(shè)計和穩(wěn)固支架材料，確保系統(tǒng)在惡劣海洋條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

鹽霧侵蝕也是海上光伏系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)之一。海洋環(huán)境中的鹽霧可以引起電連接器、電纜和玻璃面板等部件的腐蝕和損壞，影響系統(tǒng)的可靠性和性能。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究人員努力尋找具有良好耐鹽霧腐蝕性能的材料，并采取防護(hù)措施，如表面涂層和密封技術(shù)，以延長系統(tǒng)的使用壽命。

綜上所述，海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)在海洋環(huán)境中需要應(yīng)對海水腐蝕、海浪、風(fēng)速和鹽霧侵蝕等特殊挑戰(zhàn)。通過開發(fā)適應(yīng)性材料、穩(wěn)固設(shè)計和防護(hù)措施，研究人員致力于提高光伏系統(tǒng)的耐久性、穩(wěn)定性和可靠性，為海上光伏能源的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

3.2?適應(yīng)海上環(huán)境的傳感器和監(jiān)測設(shè)備

海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)中常用的傳感器和監(jiān)測設(shè)備有以下幾種：

海水溫度傳感器：海水溫度傳感器用于監(jiān)測海洋環(huán)境中的水溫變化，它可以幫助運(yùn)維人員了解海水溫度對光伏組件性能的影響。通過實時監(jiān)測海水溫度，可以及時采取措施，如冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以確保光伏組件的正常運(yùn)行溫度范圍內(nèi)。

風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)：風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)通常使用風(fēng)速傳感器來測量海上的風(fēng)速。對于海上光伏系統(tǒng)，風(fēng)速是一個重要的參考指標(biāo)，可以幫助評估光伏組件和支架的抗風(fēng)能力。通過安裝風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)，可以及時掌握風(fēng)速情況，以便采取相應(yīng)的保護(hù)措施，減少風(fēng)對系統(tǒng)的影響。

光照度傳感器：光照度傳感器用于測量環(huán)境中的光照強(qiáng)度，它可以幫助運(yùn)維人員監(jiān)測光伏組件的實際工作狀態(tài)和性能。通過監(jiān)測光照度變化，可以及時發(fā)現(xiàn)可能的問題，如遮擋或污染，以保證光伏組件的正常發(fā)電效率。

傾角傳感器：傾角傳感器用于測量光伏組件和支架的傾斜角度。它可以幫助運(yùn)維人員實時監(jiān)測光伏組件的傾斜情況，及時發(fā)現(xiàn)和調(diào)整偏離正常角度的情況，確保光伏組件能夠充分接收太陽輻射，提高發(fā)電效率。

水位傳感器：水位傳感器用于監(jiān)測海洋水位的變化。對于位于海面上的光伏系統(tǒng)來說，水位的升降可能會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生影響。通過安裝水位傳感器，可以及時了解水位的變化情況，以便采取相應(yīng)的措施。

這些傳感器和監(jiān)測設(shè)備的使用，可以幫助運(yùn)維人員實時了解光伏系統(tǒng)的工作狀態(tài)和環(huán)境條件，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取適當(dāng)?shù)拇胧源_保海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效發(fā)電。

4?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與分析

海上數(shù)據(jù)存儲和處理的策略和技術(shù)涉及到云平臺和大數(shù)據(jù)分析等方面。首先，海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)生成的大量數(shù)據(jù)可以存儲在云平臺上，通過將數(shù)據(jù)存儲在云平臺上，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和存檔，并提供快速、可擴(kuò)展和安全的存儲服務(wù)。

其次，通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的模式、趨勢和關(guān)聯(lián)性，從而提供更深層次的運(yùn)維洞察和決策支持。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和人工智能等，可以處理復(fù)雜的海上光伏數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在問題并優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行。

除此以外，海上光伏系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以通過邊緣計算進(jìn)行實時處理和分析，減少對云平臺的依賴和延遲。邊緣計算將計算和分析功能移到接近數(shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備上，可以在離線或有限網(wǎng)絡(luò)連接的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這可以提高數(shù)據(jù)的實時性和靈活性，適用于需要較低延遲和高性能計算的場景。

最后，海上光伏系統(tǒng)的運(yùn)維人員可以使用實時監(jiān)控和反饋機(jī)制，通過即時的數(shù)據(jù)存儲和處理，獲取系統(tǒng)的實時狀態(tài)和異常信息，并及時采取相應(yīng)的措施。這可以通過實時儀表盤、報警系統(tǒng)和運(yùn)維指揮中心等方式實現(xiàn)，以確保系統(tǒng)性能和運(yùn)行的最佳狀態(tài)。

通過使用云平臺、大數(shù)據(jù)分析等策略和技術(shù)，海上光伏系統(tǒng)可以有效地存儲和處理海上數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)存儲和處理能力使得運(yùn)維人員能夠獲得全面的數(shù)據(jù)洞察，并借助分析結(jié)果優(yōu)化光伏系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，提高能源利用效率和系統(tǒng)可靠性。

5?海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)的故障診斷與預(yù)防

5.1?適應(yīng)常見的故障類型

海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)中常見的故障類型包括逆變器故障和連接器松動等。

（1）逆變器故障：逆變器是光伏系統(tǒng)中的核心設(shè)備，將光伏組件所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。由于長期運(yùn)行或環(huán)境因素，逆變器可能會出現(xiàn)故障，如電路短路、電子元件損壞、過熱等。這些故障可能導(dǎo)致光伏系統(tǒng)無法正常運(yùn)行或發(fā)電效率下降。

（2）連接器松動：連接器是將光伏組件與電纜連接的關(guān)鍵組件。在海上環(huán)境中，風(fēng)浪、風(fēng)沙等因素可能導(dǎo)致連接器松動，從而降低電流傳輸效率甚至引起短路。松動的連接器可能會損壞電纜絕緣，增加線路阻抗，進(jìn)而影響光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能和安全性。

5.2?應(yīng)對措施

這些故障在海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)中發(fā)生的原因和發(fā)生機(jī)制，特別考慮了海上環(huán)境因素的影響。

5.2.1?逆變器故障

原因：逆變器長期運(yùn)行可能導(dǎo)致過載、零部件老化和損壞等。海上環(huán)境中的鹽霧和濕度可能導(dǎo)致電子元件的腐蝕和短路。海上光伏逆變器需要提高防護(hù)等級，以保護(hù)其免受海水、濕度和鹽霧等環(huán)境侵蝕的影響。逆變器應(yīng)采用防水、防塵和耐腐蝕的設(shè)計，以減少電子元件的腐蝕和短路風(fēng)險。另外，逆變器的內(nèi)部電路和布局也應(yīng)合理設(shè)計，以確保合適的散熱和溫度控制，降低元件老化的可能性。

5.2.2?連接器松動

原因：在海上環(huán)境中，風(fēng)浪、風(fēng)沙和震動等因素會給連接器帶來一定的挑戰(zhàn)。這些因素可能導(dǎo)致連接器松動、電纜插頭斷裂或連接件腐蝕，從而降低連接器的可靠性。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，連接器的設(shè)計和制造質(zhì)量至關(guān)重要。連接器應(yīng)采用高質(zhì)量的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以提供優(yōu)異的防塵、防水和抗震能力。合適的連接器封裝和防護(hù)設(shè)計可以有效地防止風(fēng)沙、水汽和鹽霧的侵入，延長連接器的使用壽命和穩(wěn)定性。

除此以外，海上環(huán)境因素對光伏運(yùn)維系統(tǒng)的故障潛在影響：

鹽霧和濕度：海上環(huán)境中的鹽霧和濕度確實對電子設(shè)備和連接器等部件構(gòu)成了腐蝕和電路短路的潛在風(fēng)險。海洋中的鹽顆粒會隨著風(fēng)吹到設(shè)備上，當(dāng)潮濕的空氣中的水蒸氣與鹽顆粒結(jié)合時，會形成腐蝕性的鹽酸，對金屬表面產(chǎn)生腐蝕作用。這種腐蝕不僅可能損壞設(shè)備的外觀，還可能影響電子元件的性能和壽命。

風(fēng)浪和風(fēng)沙：海上風(fēng)浪和風(fēng)沙可能對光伏組件、逆變器和支架結(jié)構(gòu)等設(shè)備產(chǎn)生物理沖擊和振動，導(dǎo)致設(shè)備松動、破損和斷裂。在設(shè)計和制造光伏系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到這些環(huán)境因素，確保設(shè)備的強(qiáng)度和穩(wěn)固性。

高溫和溫度變化：海上環(huán)境中的高溫和大范圍的溫度變化可能會導(dǎo)致光伏組件的溫度應(yīng)力，損害其可靠性和功率輸出。在選擇和安裝光伏組件時，應(yīng)注意選擇適應(yīng)海上高溫環(huán)境的材料和設(shè)計。

監(jiān)測和維護(hù)困難：由于海上光伏運(yùn)維系統(tǒng)位于海上，維修和維護(hù)可能具有一定的困難性。必須采用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，以及定期巡檢和維護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的故障。

綜上所述，海上環(huán)境因素對光伏運(yùn)維系統(tǒng)的故障有一定的影響。為了應(yīng)對這些影響，必須在設(shè)備選擇、制造和安裝中充分考慮海上環(huán)境因素，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施、定期巡檢和維護(hù)，以保證光伏系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

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