光伏電站建設(shè)與運(yùn)維體會(huì)

文／李飛 陜西黃河能源有限責(zé)任公司 陜西西安 710000

1、我國(guó)光伏電站發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨全球環(huán)保意識(shí)的不斷提升，現(xiàn)階段各國(guó)及各區(qū)域均在光伏發(fā)電開發(fā)方面從技術(shù)、水平不同面域大肆收獲，此于光伏產(chǎn)業(yè)的行業(yè)性發(fā)展而言，極具優(yōu)勢(shì)性?；谝欢ǖ募夹g(shù)支持，光伏發(fā)電的開發(fā)成本大幅度下降，當(dāng)即全球范圍內(nèi)各地光伏發(fā)電站的建設(shè)數(shù)量以及建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，如此可見行業(yè)前景。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，截止到2050年，全球范圍內(nèi)的光伏發(fā)電均電量會(huì)提升至16%，此時(shí)光伏發(fā)電將會(huì)成為全球范圍內(nèi)可靠性數(shù)一數(shù)二的電力供給渠道。之前20世紀(jì)甚至更靠前，在歐洲一些光伏發(fā)電速度較快的發(fā)達(dá)國(guó)家屬于全球光伏發(fā)電快速且先進(jìn)的地區(qū)。而依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，全球光伏發(fā)電總裝機(jī)量于21世紀(jì)以前大都維持在40MW左右，且多數(shù)光伏發(fā)電站都分布于一些以德國(guó)為首的歐洲國(guó)家，其中日本就屬于亞洲范圍內(nèi)比較具有代表性的國(guó)家，直至2012年底的時(shí)候，全球范圍內(nèi)的光伏總裝機(jī)量基本已經(jīng)提升到了100MW，在這些國(guó)家中，僅歐洲國(guó)家就占據(jù)了70%。就在全球各地人類環(huán)保意識(shí)逐步提升之際，特別亞洲許多國(guó)家都在光伏產(chǎn)業(yè)方面投入了較多的資金，且又施以相對(duì)應(yīng)的政策引導(dǎo)，同時(shí)在光伏發(fā)電技術(shù)持續(xù)優(yōu)化提升的過程中，自2013年之后，以中國(guó)為核心的許多國(guó)家陸續(xù)開啟了光伏發(fā)電之路，且一年以后便超越了諸如德國(guó)等一些歐洲國(guó)家，在世界范圍內(nèi)遙遙領(lǐng)先。此后，中國(guó)慢慢發(fā)展成為除歐美一些國(guó)家之外，在全球范圍內(nèi)光伏發(fā)電市場(chǎng)最大的國(guó)家，平均每年發(fā)出的電量可以占到光伏發(fā)電市場(chǎng)的8%左右。僅僅在2011-2014年這3年時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的光伏電站發(fā)電量就由3300mw提升至28199mw，此間這一數(shù)據(jù)幾乎翻了八倍。中國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的氣候類型也非常豐富，特別對(duì)于青藏及偏遠(yuǎn)農(nóng)村等一些地區(qū)，太陽能資源更是用之不竭。超17%的陸地面積均可以達(dá)到接收陽光輻射1750kWh/m甚至更多，超50%的陸地面積可達(dá)到1400-1750kWh/m，特別對(duì)于諸如光照豐富的青藏、沙漠地區(qū)，假如能在這些地區(qū)裝載光伏發(fā)電設(shè)備，則隱藏發(fā)電量基本就能達(dá)到17TW。除此之外，就在我國(guó)政府方面愈來愈重視光伏產(chǎn)業(yè)之際，更是對(duì)其從技術(shù)、資金、政策等各方面給予了引導(dǎo)支持，致使中國(guó)光伏生產(chǎn)技術(shù)一度占領(lǐng)全球前列，也將自身打造成了世界單范圍內(nèi)規(guī)模最大的太陽能板（電池）制造商，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅2010年太陽能板的產(chǎn)量就已經(jīng)逾越了10MW，基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)銷國(guó)內(nèi)外。如此看來，中國(guó)境內(nèi)的尚德、天合光能、英利綠色能源、晶澳4家太陽能板生產(chǎn)企業(yè)均屬于國(guó)際上響當(dāng)當(dāng)?shù)奶柲芄夥l(fā)電企業(yè)，且位列全球范圍內(nèi)10家掌握近50%的太陽能光伏發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)的10家龍頭企業(yè)中的行列之中。

2、光伏電站工作原理分析

掌握光伏電站的工作原理是進(jìn)行光伏電站建設(shè)與運(yùn)維的基礎(chǔ)，光伏發(fā)電是一種將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)，其主要是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)。光伏電站建設(shè)中需要將一定規(guī)模數(shù)量的太陽能電池組件予以串聯(lián)，便于通過太陽能電池組件接收太陽光，并將輻射能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓、電流的直流電，通過在匯流箱內(nèi)串聯(lián)較多電池組，然后通過并聯(lián)方式提高電流，通過并聯(lián)使得電流強(qiáng)度符合逆變器額定電流，之后將多個(gè)匯流箱接入一臺(tái)并網(wǎng)逆變器中，利用并網(wǎng)逆變器將電池組件中的直流電通過逆變形成滿足電網(wǎng)需求的交流電，利用配電裝置將其與電站升壓變壓器連接，利用變壓器升高電壓，并使其達(dá)到對(duì)應(yīng)的電壓使用要求，然后將其并入電網(wǎng)中。光伏電站在整個(gè)建設(shè)中需要進(jìn)行升壓站、逆變升壓?jiǎn)卧⒐夥鼒?chǎng)區(qū)、道路、送出線路等方面的建設(shè)。圖1所示為光伏電站原理示意圖。

圖1 光伏電站原理示意圖

3、光伏電站光伏組件選擇分析

光伏電站建設(shè)中包含較多內(nèi)容，其中光伏組件選擇是一個(gè)關(guān)鍵，晶硅組件選擇、薄膜組件均可作為光伏組件，現(xiàn)就上述有關(guān)問題分析如下。

3.1 光伏組件的選擇

光伏電站建設(shè)中需要重視光伏組件的選擇，所謂的光伏組件即俗稱的太陽能電池板，其在整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)中處于核心地位，因而光伏組件的選擇以及相關(guān)參數(shù)對(duì)光伏發(fā)電效果與質(zhì)量有著重要影響。隨著我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的日益成熟，現(xiàn)階段在太陽能光伏電站中可供選擇的光伏組件較多。光伏組件選擇中需要考慮到光伏發(fā)電的特殊性，其中應(yīng)用較多的是晶硅組件、薄膜組件，其在光伏電站建設(shè)中應(yīng)用價(jià)值較高。

3.2 晶硅組件分析

根據(jù)對(duì)晶硅組件的調(diào)查研究，其具有較高的性價(jià)比，因而在市場(chǎng)上應(yīng)用較廣泛，因而也是光伏電站建設(shè)中的首選。與此同時(shí)，晶硅組件研發(fā)與應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，其性能更穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)太陽能的轉(zhuǎn)換效率較高，現(xiàn)階段晶硅組件技術(shù)應(yīng)用較成熟，相應(yīng)的在光伏電站工程建設(shè)中有較多優(yōu)勢(shì)。嚴(yán)格意義上來講，單晶硅組件是以高純單晶硅棒為原料而制作成的太陽能電池板，除了單晶硅組件外，還有多晶硅組件，其主要是將按照不同的串、并陣列排列而構(gòu)成的電池板，單晶硅組件與多晶硅組件在生產(chǎn)工藝方面差別并不大，不過與單晶硅組件相比，多晶硅組件具有更高的轉(zhuǎn)換效率，這與其中同時(shí)包含多種類型晶體有關(guān)?？傮w而言，單晶組件效率高，但是價(jià)格貴；多晶組件效率也較好，同時(shí)價(jià)格相對(duì)低，需要結(jié)合實(shí)際光伏電站情況合理選擇。

3.3 薄膜組件分析

薄膜光伏組件在光伏電站工程中也有應(yīng)用，其所使用的組件為非晶硅太陽能光伏板，因而單塊組件的功率相對(duì)較低。根據(jù)資料顯示，薄膜組件的光電轉(zhuǎn)換效率大于在10%。薄膜組件在應(yīng)用期間具有弱光性好、陰影遮擋功率損失小、年度衰減率低等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)從薄膜組件生產(chǎn)工藝方面分析，其成本相對(duì)較低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。薄膜組件能夠規(guī)模化量產(chǎn)，不過其實(shí)際應(yīng)用效果較多硅晶組件低，一定程度上限制了其具體應(yīng)用。

綜合考慮投資成本、投資效益、光伏發(fā)電效率、光電轉(zhuǎn)換效率、衰減率等相關(guān)內(nèi)容，單硅晶組件、多硅晶組件仍然是光伏發(fā)電站中光伏組件的主要選擇。

4、光伏電站建設(shè)管理分析

4.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理分析

光伏電站建設(shè)需要以規(guī)劃設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，而規(guī)劃效果直接影響到光伏電站的發(fā)電性能、投資效益。結(jié)合光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)中光伏電池具有溫度效應(yīng)，同時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)較敏感，這些都是在光伏電站項(xiàng)目設(shè)計(jì)中需要考慮的問題。研究顯示，芯片表面溫度會(huì)引起峰值功率輸出功率損失、額外損失的增加，這就要求在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中必須要通過反復(fù)論證，確定出最佳的傾斜角度。芯片表面清潔效果也會(huì)對(duì)發(fā)電效率產(chǎn)生影響，這就要求在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前應(yīng)了解擬建區(qū)域的氣候、氣象條件，減少環(huán)境因素對(duì)芯片造成污染，影響到光伏發(fā)電效率。

結(jié)合上述分析，光伏電站項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，應(yīng)提前全面的了解擬建區(qū)域的氣象條件，充分利用有關(guān)氣象設(shè)備并結(jié)合當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期的氣象資料數(shù)據(jù)，綜合性予以分析，便于在設(shè)計(jì)中考慮氣象條件可能對(duì)光伏電站外部環(huán)境設(shè)備產(chǎn)生的影響。根據(jù)擬建區(qū)域太陽照射時(shí)長(zhǎng)、輻射情況、太陽高度角等，合理設(shè)計(jì)芯片傾角，最大化提高對(duì)太陽能的利用，提高光電轉(zhuǎn)換效率，提升光伏電站的整體發(fā)電性能。

4.2 項(xiàng)目建設(shè)成本管理

光伏電站在建設(shè)前期需要大量的投資，前期投資是保證后續(xù)光伏電站充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。隨著對(duì)太陽能資源的利用分析，較多領(lǐng)域都有太陽能的利用，其中光伏電站是太陽能使用的典型代表。與一般的太陽能利用方式相比，光伏電站建設(shè)的整體投資額度較大，需要重視項(xiàng)目建設(shè)成本管理。影響光伏電站成本的因素較多，如光伏組件、恒流變壓裝置、光伏并網(wǎng)逆變裝置、光伏電站場(chǎng)地基礎(chǔ)建設(shè)、電站規(guī)模大小等，同時(shí)施工進(jìn)度以及土建工程量等也是影響施工成本的相關(guān)因素，因而在光伏電站建設(shè)成本管理中應(yīng)重視對(duì)上述影響因素的全面分析，并從多角度進(jìn)行綜合管控，控制光伏電站建設(shè)階段的成本投入。比如掌握設(shè)計(jì)方案的要點(diǎn)，明確設(shè)計(jì)思路與后續(xù)施工要點(diǎn)；綜合光伏電站建設(shè)規(guī)模與要求，并結(jié)合不同光伏組件的光能轉(zhuǎn)換效率、影響因素、成本以及應(yīng)用穩(wěn)定性等合理選擇光伏組件；精細(xì)化計(jì)算整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)中所需要的相關(guān)材料、不同階段成本投入比例，嚴(yán)格按照造價(jià)與成本管控要求進(jìn)行分階段管理。針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所使用的相關(guān)設(shè)備、材料等進(jìn)行監(jiān)管，減少材料浪費(fèi)，提高材料的使用率，這些都有利于保證整個(gè)光伏電站項(xiàng)目建設(shè)成本處于可控范圍，保證光伏電站建設(shè)造價(jià)處于合理范圍內(nèi)。

4.3 施工技術(shù)管理

施工技術(shù)管理是光伏電站項(xiàng)目建設(shè)管理的重點(diǎn)，其對(duì)整個(gè)項(xiàng)目成本控制、施工質(zhì)量、施工安全等均有著較大影響，對(duì)此，在光伏電站建設(shè)中需要強(qiáng)化施工技術(shù)管理。施工技術(shù)管理方面，需要注重施工組織設(shè)計(jì)編審工作、施工圖紙會(huì)審、施工作業(yè)指導(dǎo)書編制以及施工技術(shù)交底編制等，這些都是光伏電站施工的關(guān)鍵依據(jù)?？紤]到光伏電站工程項(xiàng)目在施工中可能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有錯(cuò)或者無法正常施工問題，此時(shí)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，設(shè)計(jì)變更中還需要考慮施工技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)性。施工技術(shù)管理方面需要加強(qiáng)對(duì)光伏電站工程相關(guān)材料的檢驗(yàn)，保證所使用的光伏組件滿足質(zhì)量以及技術(shù)要求，需要具備較高的功率、轉(zhuǎn)化率。光伏電站項(xiàng)目施工工藝的選擇應(yīng)立足于項(xiàng)目的具體情況，并在施工前加強(qiáng)對(duì)施工人員的技術(shù)交底，同時(shí)對(duì)參與項(xiàng)目建設(shè)的施工人員、管理人員、技術(shù)人員等予以培訓(xùn)，全面提高不同人員的技術(shù)水平與能力。結(jié)合場(chǎng)地靈活進(jìn)行電站、電纜布置，最大程度降低損耗，促進(jìn)變壓器轉(zhuǎn)換效率的提高，促進(jìn)對(duì)太陽能資源的有效利用。

4.4 施工質(zhì)量管理分析

光伏電站的應(yīng)用效果、投資小均受到施工質(zhì)量的影響，同時(shí)施工質(zhì)量也是影響光伏電站造價(jià)的關(guān)鍵性因素?，F(xiàn)階段光伏電站多為EPC項(xiàng)目，因而承包商需要制定出質(zhì)量管理計(jì)劃，并充分考慮光伏電站項(xiàng)目的實(shí)際情況。保證有專門的項(xiàng)目管理小組負(fù)責(zé)整個(gè)施工階段的項(xiàng)目質(zhì)量管理，落實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理計(jì)劃的實(shí)施，做好相關(guān)施工技術(shù)方案的審查與落實(shí)監(jiān)督；針對(duì)光伏電站建設(shè)中的一些關(guān)鍵性設(shè)備，需要及時(shí)到場(chǎng)做好驗(yàn)收工作，保證設(shè)備本身無質(zhì)量問題；結(jié)合施工組織技術(shù)方案，針對(duì)關(guān)鍵性施工環(huán)節(jié)應(yīng)做好質(zhì)量檢驗(yàn)與記錄，保證施工的過程與動(dòng)態(tài)管理。考慮到光伏電站建設(shè)周期較長(zhǎng)，需要從事前控制（如完善施工前期準(zhǔn)備工作、編制并審核相關(guān)的技術(shù)方案）、事中控制（如檢查施工工序、施工材料本身質(zhì)量、質(zhì)量隱患）、事后控制（如竣工驗(yàn)收、質(zhì)量跟訪）方面加強(qiáng)全過程質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)施工與設(shè)計(jì)、技術(shù)文件等一致性。

4.5 施工安全管理

光伏電站項(xiàng)目在建設(shè)中還需要加強(qiáng)施工安全管理，與一般的工程項(xiàng)目相比，光伏電站建設(shè)通常施工周期并不是很長(zhǎng)，但是通常占地范圍較大，涉及到土建工程與安裝工程，需要有大量設(shè)備與材料的使用，這些都增加了項(xiàng)目施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生施工安全事故威脅到施工人員的生命安全。安全管理方面，整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)必須要有專業(yè)的安全員負(fù)責(zé)管理，并對(duì)參與施工的所有人員加強(qiáng)安全教育，并通過播放部分典型的安全事故與講解，提高每一位施工人員的安全意識(shí)。企業(yè)也需要盡到自身安全監(jiān)督與管理責(zé)任，提供相關(guān)的安全保障措施。針對(duì)部分高危施工環(huán)節(jié)，需要加強(qiáng)與其他管理人員的溝通，保證技術(shù)措施、安全措施落實(shí)到位。強(qiáng)化光伏電站施工階段的有效監(jiān)督，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的安全問題需要及時(shí)通報(bào)，引起所有人員的重視，為光伏電站項(xiàng)目的順利建設(shè)創(chuàng)造良好的條件。

5、光伏電站運(yùn)維措施

光伏電站在施工完成后還需要加強(qiáng)重視后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)，通過維護(hù)促進(jìn)光伏組件的作用發(fā)揮，提高發(fā)電效果，保證光伏電站投資效益。筆者認(rèn)為在光伏電站運(yùn)維管理方面，需要注意以下幾點(diǎn)：

5.1 建立運(yùn)維管理制度，規(guī)范運(yùn)維工作

光伏電站包含了較多的硬件設(shè)施、軟件設(shè)施，并會(huì)受到環(huán)境因素的影響，因而在光伏電站建設(shè)完成后還需要加強(qiáng)日常運(yùn)行維護(hù)。為進(jìn)一步規(guī)范光伏電站的日常維護(hù)，需要針對(duì)性建立相關(guān)的管理制度，通過管理制度明確光伏電站的維護(hù)內(nèi)容、維護(hù)周期、維護(hù)要點(diǎn)等，更好的指導(dǎo)光伏電站的相關(guān)運(yùn)維工作。比如光伏電站在硬件設(shè)施維護(hù)方面，需要重視逆變并網(wǎng)、交流配電線路、光伏發(fā)電機(jī)組、配電柜、功率控制單元等相關(guān)維護(hù)，結(jié)合不同硬件實(shí)際應(yīng)用環(huán)境與系統(tǒng)要求，指出其維護(hù)要點(diǎn)。管理制度中還需要視情況對(duì)數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)等軟件設(shè)施予以升級(jí)、維護(hù)，提高軟件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，定期評(píng)估通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等有無漏洞，便于保證軟件設(shè)施的更新與維護(hù)，降低因軟件系統(tǒng)漏洞可能對(duì)整個(gè)光伏電站管理造成的不利影響。從光伏電站技術(shù)管理人員角度分析，需要在規(guī)章制度中明確對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)培訓(xùn)周期、考核方式等，便于工作人員專業(yè)素質(zhì)的不斷提高。通過建立運(yùn)維管理制度，能夠系統(tǒng)化規(guī)范光伏的運(yùn)維工作，更好的指導(dǎo)光伏電站的日常運(yùn)維，保證相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及光伏電站的運(yùn)行安全。

5.2 注重運(yùn)維記錄分析，提高光伏電站運(yùn)維的針對(duì)性

光伏發(fā)電中，需要做好運(yùn)行維護(hù)記錄，總結(jié)常見的故障類型、原因等，通過積累經(jīng)驗(yàn)，明確光伏電站運(yùn)行期間的常見問題，提升光伏電站運(yùn)維的針對(duì)性。比如通過對(duì)并網(wǎng)逆變器等相關(guān)設(shè)備的維護(hù)，既要重視常規(guī)零部件的維修與更換，還需要保證蓄電池可有效充電、放電，保證不同蓄電池有較好的儲(chǔ)能能力。針對(duì)光伏電站，還需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)傳感器的日常維護(hù)與定期檢測(cè)，確保光伏電站運(yùn)行中各種數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳輸，便于及時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況。光伏電站在運(yùn)行維護(hù)過程中還需要重視一些細(xì)節(jié)問題，比如結(jié)合光伏電站所在區(qū)域的實(shí)際情況，加強(qiáng)對(duì)光伏組件表面的檢查，結(jié)合實(shí)際情況做好光伏組件的表面清潔工作，針對(duì)存在異常的光伏組件做好及時(shí)維修或更換，確保所有光伏組件可正常工作，提高整個(gè)光伏電站的發(fā)電效率。

5.3 優(yōu)化光伏電站管理模式

光伏發(fā)電作為一種新能源，太陽能發(fā)電技術(shù)也日益成熟，對(duì)應(yīng)的有新能源的技術(shù)與管理標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)國(guó)家從政策上給予了一定的扶持，這些都有利于更好的進(jìn)行光伏發(fā)電站管理。國(guó)家當(dāng)前對(duì)使用太陽能發(fā)電用戶在電費(fèi)上給予一定的補(bǔ)貼，這些都對(duì)光伏電站的管理提出來新的要求，需要在具體管理中對(duì)光伏電站管理模式持續(xù)優(yōu)化。通過管理模式的不斷優(yōu)化，保證光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。為更好地對(duì)光伏發(fā)電中的線路予以管理，可采取家電統(tǒng)一配備，并選擇集中供電模式，保證對(duì)光伏電費(fèi)的及時(shí)征收。實(shí)際上因?yàn)檩^多光伏電站建設(shè)在偏僻的地區(qū)，甚至以扶貧項(xiàng)目的形式開展，造成光伏發(fā)電建設(shè)完成后缺少維護(hù)，對(duì)此，需要結(jié)合實(shí)際供電情況，積極與當(dāng)?shù)仉娏Σ块T協(xié)作，并利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，依靠管理模式的創(chuàng)新與發(fā)展，提高對(duì)光伏電站的運(yùn)行維護(hù)管理效果。

結(jié)語：

光伏電站建設(shè)期間需要加強(qiáng)全過程管理，從多角度落實(shí)對(duì)光伏電站項(xiàng)目的管理，保證整體建設(shè)質(zhì)量，保證投資效果。光伏電站在建設(shè)后很容易忽視運(yùn)維管理，造成光伏電站在運(yùn)行中出現(xiàn)故障或者運(yùn)行效率降低，因而需要從多角度采取管理措施，加強(qiáng)對(duì)光伏電站的運(yùn)維，積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，記錄運(yùn)維相關(guān)問題，積極探索并創(chuàng)新管理模式。