光伏電站機(jī)電設(shè)備安裝管理影響因素及解決措施

摘 要：由于化石燃料的燃燒導(dǎo)致的環(huán)境問題逐步加重，因此，尋找并研發(fā)出新型的可替代能源是目前能源行業(yè)研究的熱門話題。其中，太陽能光伏發(fā)電站憑借其零污染、靈活可靠、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢得到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。但是，就目前的研究技術(shù)，光伏電站仍存在很多的問題。文章就對光伏電站機(jī)電設(shè)備安裝的影響因素和相應(yīng)的解決措施進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：光伏電站；機(jī)電設(shè)備；安裝管理；影響因素；解決措施

近年來，光伏電站發(fā)展迅速，掀起了新能源利用的潮流。與其他形式的發(fā)電相比，太陽能光伏發(fā)電具有極大的優(yōu)點(diǎn)，包括零污染、可持續(xù)、普遍性、靈活性、可靠性、BIPV等等。而硅是制造光伏電池基礎(chǔ)的材料，其含量在地殼中約為26%。因此，光伏發(fā)電的形式將會(huì)在未來成為主導(dǎo)地位。但是，光伏發(fā)電仍然有許多還沒有克服和解決的困難，例如，占地面積相對較大、發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率極低、電池的板成本相當(dāng)高以及并不完善的最大功率跟蹤技術(shù)。

1 光伏電站安裝管理影響因素

光伏電站是一種巨大且復(fù)雜的發(fā)電系統(tǒng)，其設(shè)備的組成很多，主要有光伏并網(wǎng)逆變器和光伏陣列兩大核心結(jié)構(gòu)，還有直流匯流箱、交流配電柜、升壓變壓器等重要設(shè)備。

1.1 光伏陣列彼此間的遮蔭現(xiàn)象

根據(jù)光伏陣列的日影遮擋規(guī)律和分布特點(diǎn)，可以知道陣列的內(nèi)部會(huì)呈現(xiàn)遮陰的現(xiàn)象，且無法避免。所以，要針對每個(gè)項(xiàng)目的地理位置進(jìn)行非遮陰時(shí)間的控制，其要求主要包括兩個(gè)方面：第一，要確保冬至?xí)r，項(xiàng)目所在地會(huì)有6小時(shí)的無陰影時(shí)間；第二，根據(jù)項(xiàng)目所在地的冬季氣候的特點(diǎn)和其他季節(jié)日照的變化相對規(guī)律，來確定光伏陣列的東西和南北的距離。

1.2 光伏組件功率衰減

在對電站的發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，經(jīng)常忽略伏組件功率衰減問題，通常使用理想狀態(tài)下組件衰減系數(shù)進(jìn)行發(fā)電量的計(jì)算。對西北某地的光伏電站的實(shí)地測量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，這一問題較為突出。這個(gè)項(xiàng)目使用的是便攜式和硅光輻照測試儀、便攜式I-V測試儀以及熱成像分析儀等儀器對其進(jìn)行的測量和分析的。雖然實(shí)地條件和實(shí)驗(yàn)室條件存在一定的差異，產(chǎn)生一定的誤差，但是，根據(jù)實(shí)際的發(fā)電量依然能夠客觀體現(xiàn)組件的功率狀況。

所以，在對組件進(jìn)行選型時(shí)，應(yīng)該滿足兩方面的要求：第一，增加組件的穩(wěn)定性；第二，考慮到成本的情況下，對組件衰減系數(shù)進(jìn)行科學(xué)的修正。

1.3 逆變器和組件的匹配不合理

對這兩種設(shè)備的匹配問題，計(jì)算的方式很簡便，一般情況下，串聯(lián)數(shù)僅使用20塊，導(dǎo)致與之匹配的光伏逆變器設(shè)備會(huì)在低功率、低效率的情況下進(jìn)行長時(shí)間的運(yùn)行；而并聯(lián)的路數(shù)經(jīng)常性的考慮成本的問題，最大程度的增加光伏陣列的容量，這種情況可能會(huì)在氣候、季節(jié)資源良好時(shí)，使光伏組件的串開路電超過壓逆變器的工作電壓的上限，從而導(dǎo)致發(fā)電量的損失，這種情況常出現(xiàn)在冬季的早晚時(shí)間；此外，并聯(lián)路數(shù)的過大，不僅會(huì)提高發(fā)電單元的占地面積，導(dǎo)致木桶效應(yīng)的產(chǎn)生，還會(huì)使有的季節(jié)增加限負(fù)荷輸出情況的出現(xiàn)，最終導(dǎo)致發(fā)電體系內(nèi)出現(xiàn)自棄光現(xiàn)象。所以，針對逆變器、組件的匹配設(shè)計(jì)問題，不僅要結(jié)合項(xiàng)目所在地的環(huán)境條件，還要認(rèn)識到兩種設(shè)備自身的特點(diǎn)，進(jìn)行多方面的審核，確保發(fā)電系統(tǒng)的效率和收益。

1.4 支撐系統(tǒng)的模型較為單一

支撐系統(tǒng)指的是光伏的支架以及支架的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，為了提高投資效果，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很多使用的是單一模型的方式，在支架的結(jié)構(gòu)上持續(xù)減少鋼的用量，支架的基礎(chǔ)也在縮短埋藏的樁徑；這種做法雖然減少了對工程項(xiàng)目的總投資，但是可能會(huì)因?yàn)轫?xiàng)目地的地質(zhì)和風(fēng)速條件，而使其有一定的風(fēng)險(xiǎn)，例如，在西北戈壁上建造光伏電站時(shí)，該地的大風(fēng)日較多，若使用傳統(tǒng)的壓塊連接或薄壁檁條等方式固定組件，可能會(huì)發(fā)生大風(fēng)損壞機(jī)電設(shè)備的事故。所以，對支撐系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該參考組件排布的情況，把光伏支架和技術(shù)視為一個(gè)整體，并對組件與支架的連接處的薄弱環(huán)節(jié)實(shí)行具體的審核，確保支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、安全可靠，并降低對它的成本。

1.5 場平、線路布局存在缺陷

光伏發(fā)電站的占地面積較大，場地內(nèi)的直埋線纜非常多，所以，在光伏電站的場平和對直埋線纜的規(guī)劃上有一定的困難，若不能很好的解決，將會(huì)導(dǎo)致工程量的劇增和后期運(yùn)作維護(hù)上的麻煩。當(dāng)電站選址的地形稍有起伏或者部分區(qū)域起伏較大時(shí)，如果仍舊采用傳統(tǒng)的平地上的設(shè)計(jì)方式，對不符合設(shè)計(jì)要求的地方實(shí)施平場處理，使光伏支架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處在同一水平面，雖然施工起來較方便，有利于提高某些項(xiàng)目的效率，但是，這種做法會(huì)增加土方量，對原來較為穩(wěn)定的地面環(huán)境造成了破壞，從而會(huì)對發(fā)電站的后期運(yùn)行產(chǎn)生揚(yáng)塵污染，導(dǎo)致發(fā)電量的降低。

此外，光伏電站中的各個(gè)機(jī)電設(shè)備和升壓設(shè)備都是使用線纜直埋的方式進(jìn)行連接的，自光伏組件到逆變器，從箱變再到開關(guān)站幾十里至幾百里的路程分別使用的直流式電纜和集電式線路，再使用土方開挖的方式，此部分的投資將占據(jù)總投資的6.5%。直到目前為止，大多數(shù)的高壓機(jī)電線路都能做到很好的走向上的布局，但是，直流線纜不但數(shù)量上龐大，走線的情況也呈現(xiàn)多路徑的混亂狀態(tài)，在布置上原則還沒有實(shí)現(xiàn)規(guī)整、統(tǒng)一和共溝，導(dǎo)致地面指示樁和地下的電纜走向出現(xiàn)不一致的情況。這種沒有規(guī)律、而且不規(guī)范的布局情況，不僅提升了土方和電纜的工作量，還對后期的檢測和維修造成了麻煩。

2 解決措施

為了解決光伏發(fā)電站幾點(diǎn)設(shè)備安裝管理中出現(xiàn)的問題，我國的專家對其進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)總結(jié)如下：

（1）鄒學(xué)毅等人利用光伏電池電壓功率的變化情況，提出了在光伏發(fā)電的MPPT控制中引入變結(jié)構(gòu)參數(shù)模糊控制，來提升發(fā)電體系對環(huán)境變化的敏感能力，并且避免了最大功率點(diǎn)震蕩的狀況。

（2）汪義旺等人的研發(fā)出的基于變論域自適應(yīng)模糊控制器的MPPT，成功解決了常規(guī)模糊控制器存在的精確度低、適應(yīng)能力差的問題，有效提高了發(fā)電體系的穩(wěn)定性。

（3）為了解決低光照時(shí)導(dǎo)納增量法跟蹤太陽能發(fā)電的最大功率的困難，白慧杰等人在導(dǎo)納增量法加入線性比例電流法的使用，然后利用Simulink仿真軟件建成了一種新型的導(dǎo)納增量法跟蹤光伏電池板最大功率的仿真模型。

（4）趙立永等人利用現(xiàn)有的控制方式，開發(fā)出了一類新的MPPT跟蹤方法，該方法增加了發(fā)電體系的跟蹤效率和進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)的穩(wěn)定性能。

（5）對于上述介紹的MPPT方法的控制算法的缺點(diǎn)，陳進(jìn)美等人提出了擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法分別與固定參數(shù)法結(jié)合，以及高斯法和擾動(dòng)觀察法結(jié)合的一種復(fù)合算法，并系統(tǒng)介紹了該方法的合理性和優(yōu)缺點(diǎn)。

（6）孫環(huán)陽等人提出的光伏發(fā)電雙軸跟蹤體系，是呈現(xiàn)環(huán)形軌道式的，其原理是通過SVPWM技術(shù)方法，實(shí)施速度環(huán)仿真，大大增加了對太陽能的利用率。

（7）中科院的研究人員對無空穴傳輸材料進(jìn)行了研究，并在鈣鈦礦型薄膜太陽能電池的研發(fā)上獲得了重大的成就，他們研發(fā)的該種電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高達(dá)至10.47%，在國內(nèi)外的現(xiàn)有報(bào)道中排名第一。

3 結(jié)束語

光伏發(fā)電站是一項(xiàng)龐大的集成系統(tǒng)工程，影響其發(fā)電效率的因素有很多，其中機(jī)電設(shè)備的安裝和管理是重要的一面。因此，在當(dāng)前發(fā)展的好時(shí)期，為提高光伏電站的科學(xué)建設(shè)，電站的設(shè)計(jì)和管理人員應(yīng)該針對機(jī)電設(shè)備的安裝管理中存在的問題提出更有效的、科學(xué)的建議，促進(jìn)該行業(yè)的快速、良好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]俞昌盛，遲耀丹，周立永，等.淺談太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016，3：159-161+163.