中國首批光伏電站已到中年，數(shù)字化經(jīng)營模式正開啟

當(dāng)中國第一批光伏電站已經(jīng)到了需要保溫杯泡枸杞的“中年”，如何避免“油膩不堪”？

中國光伏十年復(fù)盤 多少電站已近中年

從2009年敦煌特許權(quán)招標(biāo)到現(xiàn)在已經(jīng)過去十年，以電站壽命25年計(jì)算，中國第一批光伏電站已經(jīng)到了需要保溫杯泡枸杞的“中年”，但光伏電站的“養(yǎng)生”，卻不應(yīng)該從中年做起。

而從2013年中國正式出臺(tái)上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)，也已過了5年時(shí)間。這五年中的電站，由于各種問題帶來的電站損失以及售后問題頻發(fā)。

全球領(lǐng)先的權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)萊茵TUV耗費(fèi)大量時(shí)間和精力測試了12GW的光伏電站，他們發(fā)現(xiàn)其中30％（3．6GW）存在較嚴(yán)重的缺陷，其中約50％即1．8GW歸因于組件故障。按這個(gè)比例計(jì)算，截止2018年中國建成的174．63GW光伏電站中，有超過24GW存在或大或小問題的光伏組件。

這讓人不禁提出疑問：此前電站投資的財(cái)務(wù)模型中，光伏電站發(fā)電量每年只有1－2％的衰減是否是個(gè)偽命題？

筆者并不想把中國光伏電站冠以劣質(zhì)的標(biāo)簽，雖然確實(shí)存在一些質(zhì)量或者運(yùn)維的問題，但組件在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝，以及25年的運(yùn)維過程中，出現(xiàn)一些小毛病是大概率事件。即使被認(rèn)為是品質(zhì)代表的歐洲，每年更換的組件數(shù)量也在5GW左右，這其中除了更換組件之外，還有做超配平滑發(fā)電曲線和提高單位面積發(fā)電量的因素在內(nèi)。

真正的解決辦法，是盡快找出這24GW的故障組件，排除故障。對(duì)另外24GW的其它故障進(jìn)行整改或零部件更換。

174GW的光伏電站，以270W組件折算，差不多有6．3億塊組件。運(yùn)營3GW光伏電站的青島薩納斯總經(jīng)理耿文強(qiáng)告訴筆者，目前20MW光伏電站需要5個(gè)運(yùn)維人員，200MW需要14人，薩納斯運(yùn)維人員約在400人，按此比例粗略計(jì)算，行業(yè)內(nèi)運(yùn)維人員約有2萬余人，每人平均要負(fù)責(zé)3萬塊組件，如果不采用智能手段，這是一個(gè)天量。

一位資深的一線運(yùn)維人員向筆者介紹：組件常見故障分為“遮擋、失效、玻璃爆、熱斑”四大類。

1、組件遮擋：由灰塵和周圍存在遮擋物產(chǎn)生，長期灰塵遮擋會(huì)腐蝕電池片和玻璃，同時(shí)導(dǎo)致組件熱斑及二極管循環(huán)導(dǎo)通；

2、組件失效：主要是由于組件接線盒故障導(dǎo)致組件完全無輸出，導(dǎo)致正常組串發(fā)電量因并聯(lián)失配而損失；組串電流持續(xù)通過接線盒會(huì)使接線盒溫度過高，長期存在安全隱患；

3、組件玻璃爆破：組件在搬運(yùn)過程中受到嚴(yán)重外力碰撞造成玻璃爆破，也有因?yàn)椴Ａг挠须s質(zhì)出現(xiàn)原材自爆；導(dǎo)致組件功率失效或出現(xiàn)漏電危險(xiǎn)事故；

4、組件熱斑：熱斑導(dǎo)致組件功率衰減失效或者直接導(dǎo)致組件燒毀報(bào)廢；肉眼無法準(zhǔn)確判斷，需要借助儀器或通過異物遮擋判斷。

業(yè)界對(duì)光伏電站一般都采用抽檢的方式來查處上述問題，但10MW電站，即使按照0．1％抽檢率，也需要不菲的費(fèi)用。而且由于抽檢率低，對(duì)電站的評(píng)估不全面；其次，測試需要帶上相應(yīng)的測試設(shè)備，把組串拆下來，效率比較低。此外當(dāng)前普遍采用比較輸出功率、開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流大小的方法識(shí)別組件故障，故障識(shí)別率低且容易導(dǎo)致誤判。總的來說，傳統(tǒng)的巡檢方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低成本高，給業(yè)主的精細(xì)化運(yùn)維帶來了非常大的困難。而且光伏電站場景非常復(fù)雜，除了平坦的陸地外，在山地、屋頂、水面上皆有應(yīng)用，從而導(dǎo)致上站非常困難，檢測成本非常高等現(xiàn)實(shí)問題。

同時(shí)筆者也找來了一份華為公布的數(shù)據(jù)，他們用IV曲線智能診斷系統(tǒng)，為黃河水電檢測了60MW、10442個(gè)組串，發(fā)現(xiàn)128串故障組串，故障率1．22％，發(fā)電量損失4％－6％。

這些故障如果不排除，25年里將給電站減少500多萬的收益，甚至隨著故障累計(jì)，損失會(huì)逐步加大。

而從問題組件可以看出，大部分是二極管故障，占到91．4％。這些問題有些是因?yàn)樯a(chǎn)質(zhì)量問題，有些是因?yàn)槭┕げ划?dāng)造成，更多的則是因?yàn)楹蠖斯芾砉ぷ鞑坏轿灰鸬摹?/p>

隨著中國光伏制造越來越成熟，多場景設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的完善，以及越來越多的光伏熟練工人，制造和施工的問題都在逐步好轉(zhuǎn)，而因?yàn)殡娬竟芾懋a(chǎn)生的損失，卻常得不到重視。

一個(gè)原因是電站的管理成效和損失都幾乎是隱形的，在電站沒有做到數(shù)據(jù)化的時(shí)代，這些問題很難暴露出來；另外一個(gè)難點(diǎn)在于如何把“運(yùn)維．TXT”變成“EXE”可執(zhí)行程序，知難行易。

中國運(yùn)維發(fā)展史

“如果當(dāng)時(shí)火星探索者能夠想到防沙，或許就不會(huì)再次失聯(lián)。”朱海東，安軒自動(dòng)化副總經(jīng)理，從2018年再度失聯(lián)的火星探測器機(jī)遇號(hào)談起，闡述光伏運(yùn)維的重要性。機(jī)遇號(hào)在2018年6月遭遇到了席卷火星的沙塵暴，與美國宇航局失去聯(lián)系。NASA認(rèn)為是由于機(jī)遇號(hào)的光伏板被遮擋，發(fā)電能力下降，無法獲得足夠電力來維持它的運(yùn)轉(zhuǎn)。

光伏電站建設(shè)周期一般三個(gè)月到半年，但卻要使用25年，時(shí)間比2：98，所以對(duì)于一座電站來說，既不能“先天不足”，也不能“后天失養(yǎng)”。

雖然越來越多的企業(yè)開始關(guān)注運(yùn)維，但重視程度、運(yùn)維技術(shù)、手段、思路仍然是個(gè)漸進(jìn)的過程。

歐洲發(fā)展光伏比較早，因此對(duì)運(yùn)維也更加關(guān)注。隨著2013年后，國內(nèi)光伏電站逐步增多，光伏運(yùn)維也開始興起。

2014年開始，黃河水電與華為開始推行智能光伏概念，其中除了應(yīng)用組串逆變器提升電站整體效率的同時(shí)，也將行業(yè)帶入了運(yùn)維2．0時(shí)代。業(yè)內(nèi)通過集控中心來遠(yuǎn)程管理，保證電站的良好運(yùn)行。

這階段，光伏電站的管理運(yùn)維向兩個(gè)方向發(fā)展：

首先是電站開啟數(shù)字化經(jīng)營之路，向精細(xì)化管理邁進(jìn)；

另外是降低成本和減少人工，目標(biāo)直指“無人值守”的少人值守模式，還包括通過運(yùn)維總部的專家意見對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行快速故障排查，提高運(yùn)維效率。

但在這個(gè)階段，電站的遠(yuǎn)程管理、數(shù)字化引導(dǎo)成為了很多廠家的共識(shí)，“降本增效的運(yùn)維服務(wù)在高科技面前是可行的，而且一定是趨勢。”通過海量的數(shù)據(jù)結(jié)合廠家對(duì)設(shè)備智能化的升級(jí)，搭配標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)維管理思想接入智能運(yùn)營平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上線下互聯(lián)，保證發(fā)電、管理和運(yùn)行過程的透明。

運(yùn)維技術(shù)飛速發(fā)展，但商業(yè)模式卻在不斷退化，持有超過300MW的光伏電站，企業(yè)就幾乎都會(huì)選擇自己成立運(yùn)維公司，因此，運(yùn)維水平是參差不齊的。實(shí)際上部分企業(yè)仍然是用＂高科技＂的方式——擦板子。

電站投資企業(yè)和運(yùn)維公司也建立了故障庫，希望用大數(shù)據(jù)來判定現(xiàn)場到底出了什么故障，以便帶著解決方案進(jìn)場。

那么問題來了，更大量的數(shù)據(jù)怎么拿到？如何判斷電站故障在哪里？此外，我們注意到，光伏電站大多地處環(huán)境惡劣的廢地、沙漠、戈壁、荒山等處，運(yùn)維人員甚至“運(yùn)維”自身的生活都有挑戰(zhàn)，又如何助他們盡量減少工作量？

數(shù)字化電站的最后幾塊拼圖

IV曲線檢測、自動(dòng)清洗、自動(dòng)安裝

步入2019年，行業(yè)都在呼吁更智能的電站運(yùn)維方式，產(chǎn)業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)正在推動(dòng)各項(xiàng)技術(shù)，補(bǔ)齊智能電站的剩余幾塊拼圖：以華為等企業(yè)為代表推廣的IV智能診斷來解決由于組串?dāng)?shù)量眾多組件難以找到故障，巡檢難的問題；以安軒機(jī)器人等企業(yè)為代表推出的地面電站和工商業(yè)屋頂?shù)腁I機(jī)器人清洗方案；以及現(xiàn)在有企業(yè)正在研發(fā)的自動(dòng)化安裝。

IV曲線組串智能診斷技術(shù)是國家電投黃河水電希望解決當(dāng)前傳統(tǒng)巡檢方式的痛點(diǎn)，與華為公司聯(lián)合開發(fā)的。以逆變器輸出IV曲線為基礎(chǔ)，在管理系統(tǒng)上部署算法，同步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)電站級(jí)的組串全掃描，識(shí)別組串中存在的組件故障“隱患”，并率先在黃河水電的項(xiàng)目實(shí)踐，效果顯著。

根據(jù)黃河水電發(fā)布的資料：通過智能光伏管理系統(tǒng)和智能光伏控制器，可以在線、全量高精度檢測每個(gè)組串，并達(dá)到專業(yè)戶外IV測試儀器精度；完成一個(gè)子陣的掃描、數(shù)據(jù)分析及故障報(bào)告生成僅需約10－15分鐘，無需專業(yè)人員和設(shè)備上站，一鍵式遠(yuǎn)程操作，大量節(jié)省了檢測強(qiáng)度，降低了電站對(duì)測試人員的需求以及測試成本；組串內(nèi)部的組件故障，通過組串智能診斷實(shí)現(xiàn)預(yù)警，同時(shí)可進(jìn)行電站健康狀況的綜合評(píng)估，實(shí)現(xiàn)問題的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防性維護(hù)。該技術(shù)診斷精度和診斷效果已經(jīng)得到了TUV的認(rèn)證，而且也是目前唯一獲得TUV認(rèn)證并且具有大規(guī)模商用實(shí)踐的技術(shù)。

在黃河水電的龍羊峽電站9區(qū)38號(hào)子陣，采用IV診斷技術(shù)，即刻發(fā)現(xiàn)了8塊故障組件，占比為子陣組件總數(shù)的0．17％。但是按照原黃河水電公司0．3％的抽樣率，在該子陣中能夠抽樣到故障組件的概率僅為2．4％，即有97．6％的概率抽樣不到故障組件。

另外傳統(tǒng)的專業(yè)儀器只會(huì)測試，并不具備專業(yè)分析能力。而智能IV檢測技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)每個(gè)組串的掃描測試，而且能迅速評(píng)估組串健康狀態(tài)，輸出故障報(bào)告，并給予前瞻性維護(hù)建議，做到“帶著解決方案進(jìn)場”。

上文中的那位一線運(yùn)維人員告訴筆者，使用智能IV診斷技術(shù)，可以檢測超過14種異常類型，智能分析IV曲線數(shù)據(jù)，自動(dòng)識(shí)別組串問題根因，并提供組串診斷報(bào)告。而且一鍵啟動(dòng)，無需專業(yè)設(shè)備，無需人員現(xiàn)場操作在線掃描所有組串IV曲線，單子陣診斷啟動(dòng)到報(bào)告生成只需15min，整個(gè)過程對(duì)發(fā)電量損失幾乎沒有。

在黃河－華為的方案成熟后，這套系統(tǒng)目前在業(yè)內(nèi)應(yīng)用了3GW。其它幾家同類企業(yè)也看到這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢，也已推出相似的解決方案，光伏電站智能化可謂大勢所趨。

同時(shí)新的AI機(jī)器人清洗方案也被業(yè)內(nèi)一些企業(yè)推出，并正在進(jìn)行可靠性測試。通過清洗機(jī)器人不僅能夠減少人工成本、提高清洗效果，還可以減少電站意外對(duì)于人員造成的傷害；同時(shí)由于采用機(jī)器人技術(shù)，人工在作業(yè)過程中踩壞組件，導(dǎo)致組件隱裂等情況也大大減少，給組件提供了良好的外部工作環(huán)境。在難以運(yùn)維的工商業(yè)分布式項(xiàng)目中，清洗機(jī)器人可以提高平均10％的發(fā)電量，同時(shí)在大型地面電站中，可以提高平均7％的發(fā)電量。

這也給電站帶來新的計(jì)算模型，提升10％發(fā)電量，對(duì)業(yè)主增加的收益遠(yuǎn)超過10％，或者也可以視作節(jié)約10％的投資成本。不論對(duì)于存量電站還是新建的平價(jià)電站，每瓦投入0．1元，10年內(nèi)每年至少多收入10％，在光伏系統(tǒng)中高于任何一個(gè)設(shè)備的投資收益率。同時(shí)利用機(jī)器人技術(shù)可以更有效地保障電站的發(fā)電量和收益率，10％的提升發(fā)電量在平價(jià)時(shí)代，機(jī)器人會(huì)變成光伏電站的標(biāo)配，以后電站清掃也會(huì)實(shí)現(xiàn)無人化，這樣光伏電站的收益模型也會(huì)更加準(zhǔn)確和可控。

IV曲線掃描和自動(dòng)清掃的發(fā)展，正在逐步補(bǔ)齊電站智能化的最后幾塊拼圖。而隨著自動(dòng)安裝技術(shù)發(fā)展，山地、池塘等復(fù)雜地形施工也將得到更高效、更高質(zhì)量的解決方案，可以做到從電站的設(shè)計(jì)建設(shè)、運(yùn)維的全周期自動(dòng)化，屆時(shí)，光伏電站才真正做到數(shù)據(jù)化、智能化。

電站的數(shù)字化趨勢是光伏產(chǎn)業(yè)的共識(shí)，實(shí)現(xiàn)起來也是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要光伏整個(gè)生命周期各類型廠家的聯(lián)動(dòng)。運(yùn)維公司通過數(shù)字化的手段來驅(qū)動(dòng)運(yùn)維的管理，使運(yùn)維模式發(fā)生的變化。比如大家說的少人值守，現(xiàn)在電站的哪些工作，是能夠交給后臺(tái)數(shù)字來管理的，而不需要每天跑現(xiàn)場。在電站提效方面，設(shè)備自身智能化、組件污染帶來的困擾，數(shù)字的積累可以驅(qū)動(dòng)設(shè)備廠家更好的出具解決方案以及對(duì)于解決方案的驗(yàn)證。但里面還需要注意一個(gè)最重要的問題，即所有的數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)不僅僅在電站的前端，數(shù)字化電站的落地，為了更好的服務(wù)于電站后期的20年，需要充分結(jié)合企業(yè)的運(yùn)維模式及思想的變化，才能真正達(dá)到降本增效。