光伏系統(tǒng)整體設(shè)計風險分析

(樂山職業(yè)技術(shù)學院 四川 樂山 614000)

一、引言

在全球氣候變暖趨勢嚴重，海平面逐漸上升，化石能源遭遇危機，環(huán)境破壞愈發(fā)嚴重的生態(tài)環(huán)境壓力下，全球氣候協(xié)議《巴黎協(xié)定》于2016年11月4日正式簽訂，這標志著世界各國就共同應對氣候變化達成政治共識，同時也傳遞出全球各國積極推進可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決心。同時，習總書記也多次提出，中國要堅持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，大力推進綠色循環(huán)發(fā)展。我國也制訂了綠色低碳能源發(fā)展目標：到2030年，非化石能源占一次消費能源比重達到20%左右，單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降60%-65%。在眾多的可再生能源中，太陽能因其分布廣、潔凈、取之不盡等優(yōu)點，備受世界各國關(guān)注，近些年來得到了迅猛發(fā)展。按照“十三五”規(guī)劃內(nèi)容，到2020年預計我國的光伏裝機量將達到 1.5 億千瓦。隨著光伏電站的裝機規(guī)模越來越大，光伏系統(tǒng)的整體設(shè)計風險也愈加突顯。

二、光伏組件選型風險

光伏組件的類型多種多樣，其中常用于建設(shè)光伏電站的有單晶硅太陽電池組件、多晶硅太陽電池組件、薄膜太陽電池(非晶硅、銅銦鎵硒、鏑化鎘等)組件以及高倍聚光太陽電池組件。且不同的光伏組件的工作效率、特性、適用環(huán)境以及價格都有所不同。例如：薄膜光伏電池多用于附著建筑物表面，其柔性好，外觀美，但光電效率比晶體硅太陽電池的效率要低；再例如聚光太陽電池組件光電轉(zhuǎn)換效率雖然高，但這種組件需要另外配備一套包括聚光器、散熱器、跟蹤器及機械傳動等結(jié)構(gòu)的聚光系統(tǒng)，這樣又會增加項目預算成本，投入與產(chǎn)出比太低。因此我們要根據(jù)項目實際地理位置、地理條件、規(guī)劃占地面積、電站容量、預算成本等因素去進行一個全面的、科學合理的規(guī)劃，從而避免給后期光伏電站建設(shè)帶來風險隱患。

三、安裝方式選擇風險

光伏組件常見的安裝方式有固定式、單軸跟蹤式和雙軸跟蹤式等，其中單軸跟蹤系統(tǒng)和雙軸跟蹤系統(tǒng)由于可以追蹤太陽的角度，所以可大大提高光伏組件發(fā)電量。但根據(jù)科研工作者的大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析得出：與固定式光伏系統(tǒng)相比，單軸水平跟蹤系統(tǒng)可以提高約40%的發(fā)電量；單軸跟蹤傾緯度角系統(tǒng)可以提高約51%的發(fā)電量；雙軸高精度跟蹤系統(tǒng)可以提高 56%的發(fā)電量。但無論是單軸跟蹤還是雙軸跟蹤系統(tǒng)，目前技術(shù)水平并未十分完善，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)程序錯誤或發(fā)生機械故障的風險較大，該風險一旦發(fā)生，反而可能會使發(fā)電量大大降低，同時跟蹤式前期建設(shè)投入成本高，后期運維難度大，使用壽命也無法預估，收益風險大。固定支架雖然發(fā)電效率相對較低，但其不僅前期投入低，而且結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、安裝運維方便、使用壽命長，收益風險相對要小。

四、組件的安裝設(shè)計風險

光伏組件科學合理的傾角及方位角設(shè)置，可以使光伏發(fā)電系統(tǒng)獲得最優(yōu)的斜面輻射量，從而提升整個光伏電站的發(fā)電量?？茖W合理的光伏陣列間距的設(shè)計，可以保證前排陣列不對后排陣列造成陰影遮擋，從而有效避免熱斑效應風險的發(fā)生，提高組件的發(fā)電效率；同時，陣列間距的設(shè)計還需要考慮后期運維難度問題，某些電站在設(shè)計時對運維問題考慮不足，導致后期運維難度極大，甚至無法正常運維。

五、逆變器的選型風險

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中除光伏組件外另一關(guān)鍵設(shè)備，對于光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和可靠性具有舉足輕重的地位，逆變器的效率和可靠性直接影響整個系統(tǒng)的效率。逆變器的選型主要應考慮以下幾個問題。

(一)性能可靠，效率高

光伏逆變器是光伏系統(tǒng)中除組件之外的另一核心部件，逆變器的性能直接決定整個光伏系統(tǒng)的性能。如果在發(fā)電過程中逆變器自身能量消耗過多，將導致系統(tǒng)總發(fā)電量的損失和系統(tǒng)經(jīng)濟性下降，因此不僅要求逆變器成本低、效率高，而且要工作可靠，并能根據(jù)目前光伏方陣的運行情況輸出最大功率。單臺逆變器容量越大，單位造價相對越低，但是單臺逆變器容量過大，會導致逆變效率的降低，而且在其發(fā)生故障時對整個系統(tǒng)的可靠性影響也是最大的。

(二)要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍

光伏組件的輸出電壓隨負載和日照強度以及陰影遮擋而變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)能保持正常工作，并能輸出最大功率。

(三)具有保護功能

并網(wǎng)逆變器還應具有孤島保護、直流反接、交流過壓、欠壓保護，超頻、欠頻保護、高溫保護，交流及直流的過流保護，直流過壓保護等保護功能和低電壓穿越能力。

(四)波形畸變小，功率因數(shù)高、防護等級高

大型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量，要求逆變電源輸出標準的正弦波電能，電流波形必須與外電網(wǎng)一致，頻率一致，波形畸變小于 5%，高次諧波含量小于 3%，功率因數(shù)盡量接近于 1。

六、小結(jié)

本文針對光伏電站項目在系統(tǒng)整體設(shè)計中存在的潛在風險因素進行了分析識別，有利于光伏電站項目管理人員建立科學合理的項目風險評價指標體系，從而制定出有效的的風險應對策略，保障整個項目的順利實施，同時保障項目投資者的利益免受損失。