淺談農(nóng)村光伏扶貧發(fā)電技術(shù)

胡志勇 楊松 張良利 沈道軍

摘 要：光伏扶貧是政府精準(zhǔn)扶貧的項(xiàng)目之一，光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，清潔環(huán)保，并且光伏電站大多建在荒山荒坡和屋頂，節(jié)約了資源，體現(xiàn)了綠色發(fā)展的新理念。然而，隨著光伏發(fā)電設(shè)施大量接入電網(wǎng)系統(tǒng)，一系列問(wèn)題接踵而至，所以想要建好扶貧電站，必須要有相應(yīng)的對(duì)策來(lái)解決這些問(wèn)題。該文針對(duì)光伏扶貧中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：光伏扶貧；太陽(yáng)能電池；光伏發(fā)電技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：ATK0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

能源是現(xiàn)代社會(huì)建設(shè)不可或缺的基礎(chǔ)條件，沒(méi)有充足的能源保障我國(guó)就不可能全面建設(shè)成小康社會(huì)，光伏扶貧既能夠提高貧困地區(qū)的生活水平，也能夠擴(kuò)大光伏市場(chǎng)，合理開(kāi)發(fā)利用貧困地區(qū)的能源資源是帶動(dòng)貧困地區(qū)脫貧的新方法。

1 光伏扶貧的現(xiàn)狀

據(jù)調(diào)查，截至2017年底，已經(jīng)被納入國(guó)家光伏扶貧補(bǔ)助目錄項(xiàng)目的就有553.8萬(wàn)kW，覆蓋貧困戶(hù)96.5萬(wàn)戶(hù)。自2016年光伏扶貧開(kāi)展以來(lái)，光伏扶貧取得了不錯(cuò)的效果，幫助了許多貧困戶(hù)成功脫貧。

以前的光伏扶貧項(xiàng)目有3種類(lèi)型：戶(hù)用光伏發(fā)電扶貧、村級(jí)光伏電站扶貧和地面集中光伏電站扶貧。但是根據(jù)2018年3月26日國(guó)家能源局、國(guó)務(wù)院扶貧辦印發(fā)的《光伏扶貧電站管理辦法》，其中第5條規(guī)定光伏扶貧電站原則上應(yīng)在建檔立卡貧困村按照村級(jí)電站方式建設(shè)。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，確有必要并經(jīng)充分論證可以采用聯(lián)建方式建設(shè)村級(jí)電站。所以今后光伏扶貧只有村級(jí)電站一種方式，光伏扶貧電站不再搞集中式電站，不能打著光伏扶貧名義要規(guī)模、建集中式電站。

2 光伏扶貧項(xiàng)目前期工作存在的難題

2.1 扶貧項(xiàng)目設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)難

光伏扶貧項(xiàng)目選址多利用村鎮(zhèn)自有集體土地、荒地、山地以及農(nóng)戶(hù)的屋頂?shù)?，村?jí)扶貧項(xiàng)目建設(shè)地?cái)?shù)量多且分散，交通也不方便，若想在有限的時(shí)間內(nèi)踏勘完所有的扶貧地塊，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。并且各個(gè)電站建設(shè)地的地形地貌大多不同，就屋頂光伏電站建設(shè)來(lái)說(shuō)，不同的屋頂（屋頂結(jié)構(gòu)不一樣，有些瓦屋頂下面是木梁，有些屋頂下面是水泥層），它們的荷載及所需的屋頂支架是不同的，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案的不同。并且建設(shè)用地的不斷調(diào)整導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案也需不斷調(diào)整，基本上都需要多次調(diào)整排布方案才能出圖，影響了出圖的節(jié)奏。

2.2 扶貧項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料收集難

施工隊(duì)伍從選址到開(kāi)工建設(shè)持續(xù)時(shí)間較短。如果不能在施工隊(duì)伍施工之前提供給他們完整的紅線(xiàn)圖、地形圖、地質(zhì)勘察報(bào)告、接入方案或接入意見(jiàn)，往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)資料不全而導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工的情況頻繁出現(xiàn)，甚至一些設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)了顛覆致使項(xiàng)目施工出現(xiàn)返工廢材等情況。

2.3 扶貧項(xiàng)目工期緊張

扶貧項(xiàng)目從單位中標(biāo)到工程并網(wǎng)，時(shí)間往往會(huì)非常緊張，留給設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工等環(huán)節(jié)的時(shí)間不夠充分，會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證力度不足、設(shè)計(jì)優(yōu)化力度不夠，紕漏嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致部分項(xiàng)目出現(xiàn)返工情況或項(xiàng)目電站質(zhì)量不高。特別是6月30日和12月31日這2個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，時(shí)間更加緊迫。光伏扶貧項(xiàng)目需要盡可能在時(shí)間節(jié)點(diǎn)前提前進(jìn)行規(guī)劃，為施工和設(shè)計(jì)增加時(shí)間，這樣不僅可以打造精品工程，也能保證扶貧電站的長(zhǎng)期收益。

2.4 扶貧項(xiàng)目電網(wǎng)接入難

一般農(nóng)村電網(wǎng)承載能力弱，變壓器容量在100 kW～200 kW，接入條件不佳，往往會(huì)出現(xiàn)電站建成后不具備并網(wǎng)條件，無(wú)法及時(shí)并網(wǎng)；光伏場(chǎng)區(qū)工程建設(shè)速度較快，接入點(diǎn)位置不夠明確，導(dǎo)致逆變器、匯流箱位置安裝和電纜敷設(shè)路徑選擇難以確定；無(wú)電力接入方案，設(shè)計(jì)無(wú)依據(jù)，擔(dān)心并網(wǎng)驗(yàn)收環(huán)節(jié)不滿(mǎn)足要求。

3 光伏扶貧項(xiàng)目施工完成后存在的問(wèn)題

3.1 對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)架安全運(yùn)行產(chǎn)生影響

一是對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)提出更高的要求。光伏扶貧電站接入的地方大部分比較偏遠(yuǎn)，安裝的容量也較小，當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)比較簡(jiǎn)單薄弱，電力線(xiàn)路線(xiàn)徑細(xì)，電流互感器變比小。光伏電站接入數(shù)量較多時(shí)，不能就地消納完，外送會(huì)受到限制，如果沒(méi)有對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行同步改造，容易引起棄光現(xiàn)象。二是對(duì)現(xiàn)有配送電的設(shè)備通流容量提出更高要求，在接入分布式光伏電源前，需要對(duì)配電線(xiàn)路的載流量以及配電變壓器容量進(jìn)行校核，如果載流量和電力變壓器的容量不能滿(mǎn)足要求需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造，以保證分布式光伏電源上網(wǎng)和離網(wǎng)后均能安全可靠供電。

3.2 對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響

在低壓0.4 kV～10 kV配電網(wǎng)中光伏電站以多種方式接入電網(wǎng)，即分布式光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率產(chǎn)生影響，增加了電壓調(diào)整的難度，繼電保護(hù)、通信和電能計(jì)量等也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這些都會(huì)直接影響到并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波、三相電壓不平衡、間諧波等電能質(zhì)量指標(biāo)，這些問(wèn)題對(duì)電網(wǎng)主要參數(shù)的影響較大，對(duì)技術(shù)參數(shù)要求較高的電力客戶(hù)會(huì)產(chǎn)生影響。

3.3 孤島問(wèn)題

電氣故障、誤操作或自然因素等是造成電網(wǎng)孤島效應(yīng)的直接原因，孤島效應(yīng)可能會(huì)給整個(gè)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成不必要的損失，甚至?xí){維修人員的生命安全、會(huì)對(duì)電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作產(chǎn)生影響、發(fā)生孤島的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)供電電壓和頻率的不穩(wěn)定，會(huì)破壞電網(wǎng)的配送電設(shè)備，當(dāng)供電恢復(fù)時(shí)造成的電壓相位不同步將會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，可能會(huì)引起再次跳閘或?qū)夥到y(tǒng)、負(fù)載和供電系統(tǒng)帶來(lái)?yè)p壞。所以必須要做好光伏系統(tǒng)檢測(cè)預(yù)防工作，對(duì)光伏設(shè)備的功能要求要更為嚴(yán)格，要求電站的后臺(tái)要能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，且要具備故障警告功能，及時(shí)處理異?，F(xiàn)象，預(yù)防光伏孤島效應(yīng)的產(chǎn)生。

3.4 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)維作業(yè)產(chǎn)生影響

配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維安全風(fēng)險(xiǎn)加大，0.4 kV～10 kV配電網(wǎng)以多種方式接入光伏電源后，配電網(wǎng)由原來(lái)的無(wú)源網(wǎng)變?yōu)橛性淳W(wǎng)，主網(wǎng)停電時(shí)反送電風(fēng)險(xiǎn)高，配網(wǎng)運(yùn)維檢修人員和配網(wǎng)設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)加大。

3.5 應(yīng)對(duì)策略與措施

一是分布式光伏電源接入系統(tǒng)方案應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家電網(wǎng)公司和省公司文件要求。在分布式光伏電源上網(wǎng)之前，在并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)安裝易操作、具有明顯開(kāi)斷指示、具備開(kāi)斷故障電流能力的開(kāi)斷設(shè)備。

二是在分布式光伏電源以非集中式并入電網(wǎng)變壓器的低壓側(cè)之前，光伏逆變器需要有防孤島功能，并在該回路的配電變壓器母線(xiàn)側(cè)應(yīng)安裝反孤島裝置。裝設(shè)于配電變壓器低壓母線(xiàn)處的反孤島裝置與低壓總開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)間應(yīng)具備操作閉鎖功能。

三是要求配電網(wǎng)管理部門(mén)在接入的分布式光伏電源上網(wǎng)之前，對(duì)配電線(xiàn)路的載流量以及配電變壓器容量進(jìn)行校核，確保分布式光伏電源上網(wǎng)和離網(wǎng)后均能安全可靠供電。

四是運(yùn)用FACTS和電力新技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，綜合補(bǔ)償電能質(zhì)量指標(biāo)，這將是今后解決電能質(zhì)量問(wèn)題的最根本途徑。

五是合理規(guī)劃接入方案，光伏電站接入主網(wǎng)站后，合理安排檢修計(jì)劃。

六是在對(duì)配電線(xiàn)路或設(shè)備進(jìn)行檢修之前應(yīng)斷開(kāi)所有可能反送電的設(shè)備，包括解開(kāi)電源側(cè)和用戶(hù)側(cè)連接線(xiàn)，在驗(yàn)電確認(rèn)無(wú)電壓后裝設(shè)接地線(xiàn)。380 V/220 V配電設(shè)備、電纜、集束導(dǎo)線(xiàn)停電檢修，無(wú)法裝設(shè)接地線(xiàn)時(shí)，應(yīng)采取絕緣遮蔽或其他可靠隔離措施，工作前用符合電壓等級(jí)的驗(yàn)電筆驗(yàn)電，確認(rèn)無(wú)電后才能進(jìn)行作業(yè)。

七是在光伏電站建設(shè)完成后，對(duì)需要定期維護(hù)的部件進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)主要包括組件的擦拭，雨水多的地方一般不需要人工清洗。塵灰量大的地方可以增加噴洗次數(shù)，降雪量大的地區(qū)，應(yīng)去除積雪，避免雪融化不均勻影響發(fā)電量。為避免在高溫和強(qiáng)光照下擦拭組件對(duì)人身的電擊傷害及可能對(duì)組件的破壞，建議在早晨或者傍晚的時(shí)候進(jìn)行清潔，維護(hù)前做好絕緣防護(hù)措施，用柔軟的刷子和干凈的水清洗組件玻璃表面，避免破壞玻璃表面，這樣定期清潔組件，可明顯提高發(fā)電量。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)容量相同，用戶(hù)家的發(fā)電量在同一時(shí)間內(nèi)，與隔壁相比較低時(shí)，說(shuō)明發(fā)電系統(tǒng)可能存在異常，用戶(hù)可以通過(guò)信息采集器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)光伏陣列中某組件是否出現(xiàn)故障。然后聯(lián)系該電站維護(hù)人員用專(zhuān)業(yè)設(shè)備進(jìn)行診斷，確定系統(tǒng)存在的問(wèn)題并及時(shí)解決。

4 結(jié)語(yǔ)

光伏扶貧同時(shí)肩負(fù)了扶貧與清潔能源發(fā)展2項(xiàng)國(guó)家大計(jì)，所以確保光伏扶貧項(xiàng)目能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行至關(guān)重要。這就要求光伏人員對(duì)扶貧光伏項(xiàng)目的種種問(wèn)題進(jìn)行探索，該文指出了目前光伏扶貧存在的若干問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行研究和分析，將會(huì)以后的扶貧光伏建設(shè)起到一定的借鑒作用。

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