存量光伏電站從運(yùn)維端實(shí)現(xiàn)提效增發(fā)的常見(jiàn)措施

根據(jù)國(guó)家能源局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止2018年底，我國(guó)光伏累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到了174.63吉瓦，其中集中式電站占比71%，分布式光伏占比29%，金太陽(yáng)項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量6.15GW,占比約3.5%。光伏電站在早期建設(shè)時(shí)由于存在粗放式增長(zhǎng)、追求規(guī)?；?、趕工期等弊端，很多電站存在質(zhì)量缺陷，同時(shí)光伏項(xiàng)目的建設(shè)缺乏全生命周期的理念，導(dǎo)致設(shè)計(jì)、施工與后期運(yùn)維脫節(jié)。隨著存量電站的規(guī)模越來(lái)越大，部分地區(qū)的消納能力存在一定的制約，西部電站仍存在一定的棄光限電，雖然通過(guò)電力交易手段可以降低棄光率，但是大多數(shù)光伏企業(yè)是以低于政府批復(fù)電價(jià)的價(jià)格參與的電力交易，低于脫硫煤上網(wǎng)電價(jià)，另外新能源補(bǔ)貼拖欠的歷史遺留問(wèn)題對(duì)發(fā)電投資企業(yè)也是帶來(lái)了一定的資金困境。在這種外界大環(huán)境下，對(duì)于存量光伏電站持有者而言，在關(guān)注政策變化、市場(chǎng)行情的同時(shí)，筆者認(rèn)為更多的焦點(diǎn)還需要放在電站的運(yùn)維管理上，盡可能的解決因前期設(shè)計(jì)施工遺留下來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，每多發(fā)出一度電，就有多一度電的收益，并積少成多。

光伏電站在25年及以上的運(yùn)行期，電站運(yùn)營(yíng)效率和效果直接影響電站的運(yùn)行穩(wěn)定性及發(fā)電量。依靠自動(dòng)化系統(tǒng)、通訊技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，光伏電站的運(yùn)維方式逐漸地由粗放、被動(dòng)、人工的傳統(tǒng)運(yùn)維方式向精細(xì)、主動(dòng)、系統(tǒng)的智能運(yùn)維方式轉(zhuǎn)變，運(yùn)維企業(yè)并通過(guò)一支專業(yè)化的運(yùn)維隊(duì)伍，在依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可落地的運(yùn)營(yíng)制度，進(jìn)行精細(xì)化管理。在運(yùn)維過(guò)程中，各家的運(yùn)維工作的方式、操作內(nèi)容、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)可能都有些差異。但不管如何，降低運(yùn)維成本，提升發(fā)電量都是最為關(guān)心的話題，因?yàn)樗苯佑绊懙绞找?，也是?duì)能源服務(wù)商的重要的考核指標(biāo)之一。

光伏電站的發(fā)電量和很多因素有關(guān)，如輻照量、系統(tǒng)效率、電站運(yùn)維工作、設(shè)備穩(wěn)定性、不可抗力的環(huán)境因素等。我們說(shuō)光伏電站看天吃飯，因?yàn)樘鞖獾暮脡拇_實(shí)對(duì)電站的發(fā)電有很大影響，除了客觀因素，有些是可以通過(guò)日常的運(yùn)維工作去改善，比如組件臟污、低效發(fā)電單元，這兩塊主要是發(fā)生在光伏場(chǎng)區(qū)直流側(cè)，在電站的多年運(yùn)行當(dāng)中需持續(xù)關(guān)注，對(duì)于整個(gè)電站的發(fā)電量或系統(tǒng)效率提升的可能性較大，給業(yè)主帶來(lái)的效益比較可觀。限于篇幅關(guān)系，筆者就組件臟污、低效兩個(gè)典型問(wèn)題，以問(wèn)答的形式進(jìn)行闡述。

Q：對(duì)于分布式電站而言，困擾業(yè)主的突出問(wèn)題是什么?

答：目前有些屋頂實(shí)際可利用面積有限或屋頂彩鋼瓦載荷能力不足，光伏方陣大部分采用了順著屋面平鋪的安裝方式，對(duì)于彩鋼瓦屋面，它的坡角一般在5度左右，有的甚至可能更低一些，那么基于這樣的客觀情況，晶硅邊框組件表面的灰塵污垢難以靠雨水自清潔，因此分布式電站組件清洗難度會(huì)比正常的大傾角安裝方式的組件要難的多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)20MW光伏電站每年因灰塵造成的損失至少在200萬(wàn)元以上，同時(shí)，積灰?guī)?lái)熱斑效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)等，嚴(yán)重威脅光伏組件的使用壽命。因此探索高效、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的光伏板清洗方案變得十分必要。

Q：人工清洗的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么?清洗時(shí)需要注意什么?

答：人工清洗是目前比較普遍的清洗方式，優(yōu)點(diǎn)是清洗較為干凈。缺點(diǎn)是需要較多的勞動(dòng)力，人員成本較高，同時(shí)人員上屋頂清洗，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于分布式彩鋼瓦屋面，如果清洗不當(dāng)，很可能對(duì)企業(yè)的屋頂產(chǎn)生潛在的漏水隱患，特別是在第三方企業(yè)的廠房做清洗工作，需要和業(yè)主進(jìn)行溝通，能否清洗在很大程度上受制于業(yè)主，需要經(jīng)過(guò)業(yè)主的同意。另外有些廠房，沒(méi)有爬梯，清洗工作很難開(kāi)展。

傳統(tǒng)的清洗計(jì)劃的制定策略較為粗獷，在沒(méi)有運(yùn)營(yíng)發(fā)電數(shù)據(jù)支撐的情況下，靠視覺(jué)感知組件表面的積灰情況，或者簡(jiǎn)單的將組件清洗后和未清洗的組件進(jìn)行電流對(duì)比來(lái)決定是否需要清洗，對(duì)于精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理來(lái)說(shuō)，清洗工作需要考慮組件的積灰情況、發(fā)電數(shù)據(jù)、天氣情況、投入成本及可產(chǎn)生的收益來(lái)綜合判斷。

對(duì)于組件最佳清洗時(shí)間節(jié)點(diǎn)的研究，國(guó)內(nèi)外也有很多的文獻(xiàn)，比如基于灰塵遮蔽率、系統(tǒng)效率的判斷或積灰損失的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，也有提出了在光伏場(chǎng)區(qū)安裝一套組件清洗系統(tǒng)，含灰塵監(jiān)測(cè)裝置，根據(jù)對(duì)標(biāo)清洗組件和未清洗組件的直流發(fā)電量來(lái)精確分析。筆者認(rèn)為，主要是考慮兩種情況，第一是運(yùn)維人員到現(xiàn)場(chǎng)巡查，用肉眼就可以看出來(lái)灰塵的覆蓋情況，比如灰塵很厚，幾乎看不到組件，這種情況下需要立即清洗。其次，對(duì)于肉眼難以判斷，模棱兩可的情況，就需要數(shù)據(jù)支撐，重點(diǎn)分析因灰塵遮蔽所帶來(lái)的發(fā)電損失。

Q：組件清洗機(jī)器人有哪些特點(diǎn)?發(fā)電量提升效果如何?

答：清洗機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)人值守，可遠(yuǎn)程操作，并通過(guò)后臺(tái)進(jìn)行集中式管理，但是長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性還有待于驗(yàn)證。

組件清洗機(jī)器人的提升效果與項(xiàng)目地組件的安裝方式、組件積灰情況、灰塵性質(zhì)、降雨量等都有關(guān)系。組件清洗機(jī)器人一般是使用干洗方式，清洗效果總體是低于人工水洗方式的，對(duì)于一些粘性的頑垢是很難清除的。如果選擇在雨天或剛下完雨以后再清洗，效果就會(huì)比干洗好的多。我們?cè)?jīng)做過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)，對(duì)于分布式平鋪組件，灰塵污漬較多，經(jīng)過(guò)清潔后，實(shí)際的發(fā)電量提升比例能達(dá)到8%以上。假設(shè)電量損失率8%，按一個(gè)20MW光伏電站25年的使用壽命，降塵總損失約為(保守測(cè)算)：

不考慮組件衰減：1300小時(shí)(可研利用小時(shí))*20兆瓦(電站規(guī)模)*25年(工作年限)*1元/度(平均電價(jià))*8% (降塵損失的效率)=5200萬(wàn)元。

考慮組件衰減：假設(shè)逐年衰減率0.7%，那么25年的總損失為4785.7萬(wàn)元。

從以上數(shù)據(jù)可以看出灰塵很大程度影響了光伏電站的發(fā)電收益。

Q：光伏電站的組件失配效應(yīng)有哪些影響因素?

答：光伏電站組件的數(shù)量是最多的，且每一片光伏組件的輸出特性也是不盡相同的，如果組件原材料性能好，生產(chǎn)工藝水平很高，組件出廠的電性能偏差比較小，衰減一致性好，那么在實(shí)際成串的時(shí)候就可以達(dá)到非常低的失配損失(小于標(biāo)準(zhǔn)的1%以下)，但縱觀現(xiàn)實(shí)情況，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，組件會(huì)出現(xiàn)不同程度的功率衰減，從而帶來(lái)了較大的失配損失。另外，對(duì)于分布式電站所依附的屋頂?shù)闹苓叚h(huán)境是相對(duì)比較復(fù)雜的，如女兒墻、空調(diào)風(fēng)機(jī)、附樓、氣窗，臨近廠房后建的高大建筑物等，不可避免帶來(lái)一定的陰影遮擋。由于傳統(tǒng)的組串式或集中式逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤是針對(duì)組串而言，當(dāng)組串中的某一片或若干片存在低效、或者陰影遮擋，就會(huì)產(chǎn)生木桶效應(yīng)。

我們?cè)?jīng)在已經(jīng)運(yùn)行若干年的分布式電站做過(guò)抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，由于前期施工不當(dāng)、組件選型問(wèn)題及后期未給予組件足夠的維護(hù)(如清洗)，那么組件內(nèi)部可能一開(kāi)始就存在隱裂、裂片等問(wèn)題，組件長(zhǎng)期暴露在室外，經(jīng)過(guò)環(huán)境溫度的冷熱交替，這些隱性的問(wèn)題就極有可能被放大;組件表面污垢長(zhǎng)期殘留，由于污垢灰漬主要是來(lái)源于大氣環(huán)境、屋頂周邊環(huán)境等，對(duì)組件的玻璃或多或少會(huì)有些影響，再者不及時(shí)清洗會(huì)帶來(lái)熱斑效應(yīng)，發(fā)生熱斑的區(qū)域局部受熱，長(zhǎng)期以往，組件的原材料因高溫受熱會(huì)老化，也會(huì)在一定程度上降低了材料的性能，間接影響了組件的功率輸出。

失配的原因從內(nèi)因和外因角度可總結(jié)為：組串本身問(wèn)題(組件低效，產(chǎn)生木桶效應(yīng))、前后左右遮擋; 環(huán)境因素，如雜草、樹(shù)木遮擋、組件表面灰塵污漬嚴(yán)重等。

Q：對(duì)于光伏陣列前后陰影遮擋帶來(lái)的失配如何處理?

答：大型地面電站縱向雙排安裝的陣列，一般接線方式可能是U型或直線型兩種，如果是U型接線，一個(gè)支架單元的上下兩排連接成一串，如果下面一排受到陰影遮擋，那么上面一排就會(huì)受到短板效應(yīng)，帶來(lái)發(fā)電損失。對(duì)于此種接線，建議采用直線型，即相鄰支架單元的上一排組件連接成一串，下面一排組件連接成一串，這樣可有效的降低下一排組件對(duì)上一排組件的失配影響。對(duì)于新建電站，可采用組件橫向三排安裝的方法來(lái)減少陰影遮擋帶來(lái)的失配損失。對(duì)于組串式逆變器，還可以繼續(xù)優(yōu)化組串的MPPT來(lái)降低失配損失，對(duì)于不同類型的組串，建議使用不同的MPPT，這樣也可以從一定程度上降低因?yàn)樯鲜鼋泳€方式不同帶來(lái)的電流失配影響。

另外對(duì)于發(fā)生陰影后，方陣的I-V曲線反映為多峰特性，這個(gè)時(shí)候逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤算法需要使用多峰掃描功能，避免在局部電壓范圍內(nèi)尋找，以免產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，帶來(lái)MPPT跟蹤損失。

如新疆某電站，由于前后間距不足，C型接線方式造成前排對(duì)后排組件帶來(lái)遮擋影響，發(fā)電損失約1.65%。將接線方式改成直線型，每臺(tái)逆變器日均提升電量約2度，提升比例1.5%，全年提升電量66萬(wàn)度，年收益約62萬(wàn)元，改造費(fèi)用30萬(wàn)元，半年左右即可收回成本。

小結(jié)

光伏組件臟污、組件低效、組件失配、陰影遮擋等問(wèn)題在運(yùn)維當(dāng)中是比較常見(jiàn)的，也是難以避免的一些問(wèn)題，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前也有了較成熟的解決方案，筆者從實(shí)際出發(fā)，總結(jié)了一些個(gè)人的看法和心得。

從光伏電站運(yùn)維的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，運(yùn)維工作是長(zhǎng)期的、持續(xù)性的工作，涉及到的內(nèi)容眾多繁雜，從筆者多年的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，其實(shí)真正運(yùn)維好,事無(wú)巨細(xì)，要想運(yùn)維做的比別人優(yōu)秀，要想爭(zhēng)做行業(yè)的運(yùn)維標(biāo)桿，就一定要在運(yùn)維的細(xì)節(jié)小事上多下點(diǎn)功夫，做事需要精益求精，把每一件簡(jiǎn)單的事情重復(fù)做，并持續(xù)性地做好，如組件清洗、組件低效、失配等都是發(fā)生在直流側(cè)，直流側(cè)的特點(diǎn)是組件或組串的數(shù)量眾多，不管是低效統(tǒng)計(jì)、損失電量分析，還是組件最佳清洗節(jié)點(diǎn)，都需要輔以大量的數(shù)據(jù)支撐，需要精細(xì)化的思維模式，如果人腦算不過(guò)來(lái)，就靠運(yùn)營(yíng)分析平臺(tái)幫助來(lái)算，從數(shù)據(jù)量化分析、電站癥結(jié)診斷、驅(qū)動(dòng)運(yùn)維作業(yè)、運(yùn)維閉環(huán)反饋、發(fā)電效果跟蹤等這個(gè)連貫的運(yùn)維過(guò)程中，在每一個(gè)環(huán)節(jié)都值得我們用心思去研究。