光伏發(fā)電系統(tǒng)運維問題分析與優(yōu)化策略研究

張磊 李洪軍 周強 張曉忠 林皓

1.國家電投集團江蘇新能源有限公司 江蘇鹽城 224600；2.無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院 江蘇無錫 214000

隨著光伏電站在人們?nèi)粘Ｉ钪型斗诺脑龆?，中國光伏發(fā)電的總裝機容量居全球首位。因此，其后期的運維也越來越重要。由于偏遠無電地區(qū)、孤島等國網(wǎng)無法到達的地方和急需清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源的不斷枯竭狀態(tài)，為了響應(yīng)國家綠色能源等鼓勵政策，我國建造了許多光伏發(fā)電站，包括離、并網(wǎng)光伏兩種發(fā)電站。這些光伏電站，在長期的投運過程中需要進行監(jiān)測、維護，才能及時避免光伏電站系統(tǒng)癱瘓和有效減少發(fā)電效率和電能質(zhì)量的降低。

1 光伏發(fā)電概述

1.1 太陽能利用

面對能源短缺的現(xiàn)狀，可再生能源的開發(fā)利用正成為世界各國研究的熱點。我國在能源各方面的主要工作是加強能源結(jié)構(gòu)的科學(xué)調(diào)整，不斷加強綠色能源的應(yīng)用。在這種背景下，太陽能引起了公眾的關(guān)注，長期的探索和實踐活動證明了該技術(shù)的可行性和有效性[1]。

1.2 光伏電站

現(xiàn)階段的光伏電站是一種利用太陽能資源的方式，利用現(xiàn)代集成專用材料組裝成太陽能發(fā)電系統(tǒng)，同時與其他類型的電網(wǎng)連接，形成較為完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)。一套完備的光伏電站包含光伏組件、逆變器、控制器、儲能設(shè)備、支架等其他配件。其電站又分為并網(wǎng)光伏電站與離網(wǎng)光伏電站。并網(wǎng)光伏電站指與市電連在一起，無儲能裝置，直接通過逆變器轉(zhuǎn)換成國家電網(wǎng)需要的電壓要求，并優(yōu)先供用戶使用，如果電站所產(chǎn)生的電量滿足不了用戶用電需求，就從電網(wǎng)中補充，否則，余電上網(wǎng)；離網(wǎng)型光伏電站別名獨立式光伏電站，相對于并網(wǎng)光伏電站，需配備儲能裝置[2]。當(dāng)太陽光輻射到光伏組件（太陽能板子）上，在光生伏特效應(yīng)下，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電流，在控制器調(diào)配下將富余部分直流電能儲藏在蓄電池裝置里，另外一部分通過逆變器轉(zhuǎn)變成為交流電，交流電可直接并入用戶側(cè)或升壓后并入電網(wǎng)。

2 光伏電站運行中的故障分析

2.1 光伏組件

光伏組件在長期運輸和安裝的過程中出現(xiàn)隱裂現(xiàn)象或者由于選址不當(dāng)、落葉和鳥糞、灰塵等造成熱斑效應(yīng)或者出現(xiàn)裂紋。造成整塊板子無電甚至至影響整組光伏方陣。

2.2 光伏直流電纜

光伏直流電纜是指連在光伏板與匯流箱、逆變器之間的線路，在長期日照或者地下掩埋下，由于雨、雪等天氣會造成線路的老化和短路、斷路等現(xiàn)象[3]。

2.3 通訊故障

常見的通訊故障為通訊地址錯誤、通訊盒燒壞、通訊端口松弛、電源插頭被拔掉、通訊接口積灰等，很容易造成通訊中斷，難以監(jiān)測到光伏電站時實運行狀態(tài)。

2.4 逆變器故障

常見的逆變器故障可分為：交流側(cè)無電流輸出；直流側(cè)電壓不在設(shè)定的正常范圍；開機無反應(yīng)；逆變器發(fā)熱；多臺同時運行時報故障；漏電流；出廠電壓參數(shù)低于國網(wǎng)電壓脫網(wǎng)等。

2.5 蓄電池

蓄電池的運行年限一般是3-5年，成本還比較高。如果蓄電池組的長期閑置，特別易造就蓄電池的損毀。冬天外界溫度過低，由于保暖措施不當(dāng)，造成蓄電池組效率下降，使用年限變短。

2.6 無功補償故障

并網(wǎng)時，由于逆變器、CT端接線問題等造成無功補償不足或無功補償退出等。

2.7 孤島故障

光伏發(fā)電并網(wǎng)中，出現(xiàn)孤島效應(yīng)的前提如下：發(fā)電裝置輸出的功率與孤島系統(tǒng)中的負荷相符合，即相位平衡時；電網(wǎng)因故障、維修、電壓不穩(wěn)定等因素造成供電中斷；發(fā)電裝置不能檢測到孤島效應(yīng)（檢測盲區(qū)或檢測無效）等[4]。

3 光伏電站的維護

光伏電站若要良好的運行，需要各個環(huán)節(jié)的設(shè)備完好且相互匹配。施工前，做好對光伏電站建立充足的前期調(diào)研，施工設(shè)計等工作。定期檢測光伏電站系統(tǒng)中的各設(shè)備運行情況，如若發(fā)現(xiàn)故障或造成故障出現(xiàn)的安全隱患及時反饋并進行保養(yǎng)維護。培養(yǎng)并配備專業(yè)技術(shù)人員對光伏電站進行維護。無論是獨立光伏發(fā)電站還是并網(wǎng)光伏發(fā)電站的運行，都離不開專業(yè)技術(shù)人員的檢測及維護。加強培養(yǎng)光伏領(lǐng)域的專技人員的專業(yè)知識、實踐動手操作能力。做好對光伏電站的遠程監(jiān)測管理工作。能夠?qū)崟r發(fā)覺電站運行過程里出現(xiàn)的故障等，及時啟動應(yīng)急裝置，斷開電路保護相關(guān)設(shè)備[5]。運維人員根據(jù)遠程監(jiān)控的反饋內(nèi)容，準(zhǔn)備好相應(yīng)的處理方案和工作進行檢修操作，減少了不必要的人員來回路程浪費，縮短維修周期。保證光伏電組件足夠清潔，針對不同的設(shè)備運行環(huán)境來敲定設(shè)備的具體清潔方案和對應(yīng)的清潔周期。在對設(shè)備進行清潔的過程中，需要盡可能避免踩踏設(shè)備面板，使用更加科學(xué)的清潔方式進行去污工作，在清潔的過程中需要時刻注意保護光伏組件。遮蓋光伏組件，并定期清洗光伏組件，注意防雷，增加發(fā)電的轉(zhuǎn)化率。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)今世界工業(yè)化進程加快，不可再生能源減少，環(huán)境污染嚴(yán)重。近年來，我國提出了一批與環(huán)境治理密切相關(guān)的政策法規(guī)，在一定程度上增強了環(huán)境保護的力度，特別是開發(fā)和利用無公害新能源，這不僅符合當(dāng)前社會發(fā)展的要求，而且有利于環(huán)境保護也有利于我國社會主義國家的建設(shè)。這是一項非常重要的建筑工程。