浅谈广州某工厂分布式光伏发电站运维管理

浅谈广州某工厂分布式光伏发电站运维管理

杨新辉 1 赵文军 2 张志滔 3 黄泽全 4 范一格 5

1 身份证： 44011219860808**** 2 身份证： 65010219720123**** 3 身份证： 44142219850908**** 4 身份证： 44011119860814**** 5 身份证： 44142219760628****

摘要：近年来在节能减排、绿色发展的形势下,越来越多的光伏电站涌现在众人面前,尤其是屋顶分布式光伏电站凭借国家和地方政府的补贴得到迅速发展。通过探讨太阳能光伏发电系统的运维方式，进而分析屋顶分布式光伏系统存在的运维管理问题，降低电气设备故障率，保障电站安全稳定运行，达到预期发电量，满足收益目标。

关键词：光伏；运维管理；设备故障率；发电能力最大化；

一、光伏系统概况：

广州某工厂17MW分布式光伏发电项目是采用合同能源管理方式合作共建的项目。该项目利用屋顶面积约24万m²，总装机容量17MW，主要采用广东某太阳能厂家自主生产的非微晶双结叠层硅基薄膜太阳能电池，预计年发电量1700万千瓦时，整个项目一共分了4期接入，其中一、二、四期为薄膜组件，容量分别为2.4MWp、5.5MWp、3.4MWp，三期为多晶硅组件容量为5.2MWp。

二、提高光伏系统发电能力主要设备技术要求：

1、光伏组件发电效率：

太阳能设备从运行到现在，已经有五年运行时间，光伏组件转换效率每年均有不同程度下降趋势，设备每年平均衰减6.25％，其中2019年总发电量比2015年少39.2％ 。

通过发电总量对比后进行深入调查，查阅数据对二、三期发电量对比分析，在装机容量接近的情况下，二期薄膜发电量逐年下降，三期多晶硅发电量基本持平。三期月发电量与总体发电量占比逐渐上升，2019年8月后保持占比在45%以上。

目前市面上应用的主要光伏组件有三种：1、单晶硅光伏组件，2、多晶硅光伏组件，3、薄膜光伏组件。

单晶硅光伏组件是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池板，目前广泛的应用于光伏市场中。单晶硅光伏组件光电转换率较高，在弱光条件下表现比同类产品更好。一线品牌的单晶硅光伏组件的发电效率通常在18%左右，实验室的最高数据已经突破26%。

多晶硅光伏组件是由多晶太阳能电池片按照不同的串、并阵列排列而构成的。多晶硅光伏组件性价比较高，一线品牌的多晶硅光伏组件的发电效率通常在17%左右。

薄膜光伏组件属于非晶硅太阳能光伏板，单块组件功率较低，每平方功率平均在80W左右，光电转化率较低，10%左右。

从各层面对光伏组件类型发电效率进行分析，多晶硅组件比薄膜相对稳定，薄膜组件每年呈衰减的趋势严重。太阳能组件经过近年来市场应用论证，单晶硅组件的转换率更为高效，所以组件类型选用对后期运行效益起决定性因素。

2、太阳能光伏逆变器输出效率：

逆变器的效率会随着负载的大小而改变，当负载率低于20%或高于80%时，效率要低一些，标准规定逆变器的输出功率在大于等于额定功率的75%时，效率应该大于等于90%，目前主流逆变器的标称效率在95%--99%，对小功率逆变器要求其效率不低于85%。在光伏发电系统设计中，不但要选择高效率的逆变器，同时还应通过合理配置系统，尽量使光伏系统负载工作在最佳效率点附近。

3、直流汇流箱选型建议：

分布式光伏系统直流汇流箱一般安装户外且分布广泛，设备故障不能及时发现，加大了运维管理难度，所以汇流箱的耐久性、安全性、智能性都有着不同的要求，其中智能性方面尤其显得重要。内部有汇流检测模块、检测各个支路输入电流、输出电压、断路器状态且具备RS485/MODBUS-RTU通讯接口，使运维人员在监控后台实时掌握各支路运行情况，高效准确排查故障设备，避免系统带病运行造成发电量损失。

三、优化日常运维手段，提高设备故障处理速度

光伏系统发电运行后，运行维护是一个长期和持续性的工作，运维工作对保证光伏发电系统长期稳定安全运行，提高整个寿命周期内发电效率和最大电量产出，以及光伏发电系统投资人投资回收期有着直接关系。目前，光伏电站的维护也逐步渐向机械化、数据化、智能化的方向发展。

设备故障是影响光伏发电量的主要原因之一，所以提高设备故障处理速度是挽回损失发电量的重要手段。制定设备修复平均时间MTTR＜7天，系统故障停运＜3天作为管理目标，作为考核运维团队能力的基准。对光伏系统常发故障提出以下几点建议：

1. 光伏组件分布广、数量多，在发生故障时运维人员无法第一时间发现，组件长期故障运行除了影响发电量外还存在烧坏的安全隐患。

经过对比分析和现状调查发现这种爆裂现象均为人为踩踏造成，而踩踏的位置一定要在组件的角位才会爆裂，别的位置不会发生爆裂。所以在各楼面楼梯出入口增加风险告示，安全注意事项，人员行走规定。增加24小时全面覆盖视频监控系统，数据可追溯。利用无人机加强组件日常巡检，做到及时发现及时处理。每一次巡检只需用1天时间就可以巡完所有组件，每一次节省了4天的工时，按照每月巡检一次的标准，一年总共可以节省48天工时，极大地提高了工作效率。

2. 组件发生接地故障时，值班室后台机无报警，导致线路带病运行。建议在汇流箱到太阳能组件的每个输入端和输出端配置直流电电流传感器，全面监控每一条支路的电流与太阳能组件的信息，及时发现故障并隔离故障设备，确保系统安全稳定运行。

3. 户外箱式变压器室内运行温度高造成设备加速老化。户外箱式变压器为封闭式设备，夏天户外长期暴晒温度较高，从而导致户外箱式变压器室内温度高达60度，建议户外箱式变压器的风机降温模式改为冷气降温模式，在户外箱式变压器室内加装空调系统，能有效降低户外箱式变压器室内温度。

4. 屋面线槽生锈：太阳能屋面线槽使用的镀锌线槽为冷镀锌，镀锌的量相比之下较少，只有10-50g/m²，所以抗氧化和抗腐蚀能力较低。建议户外高压桥架选用热镀锌材料，至今使用时长已超10年经检查没有发现氧化生锈的现象。所以推荐选用合格的热镀锌材料线槽，热镀锌的抗腐蚀能力比冷镀锌材料要高30倍。

总结：在整个光伏发电系统中，电池组件、直流汇流箱和逆变器合计发生故障频次占总体故障比例的90%左右，而线缆、箱变、土建、支架、升压站等方面的故障占比较少。

四、提高光伏系统的可维护性

1、屋面太阳能组件没有清洗水源：太阳能组件每年需清洗一次，以保证组件发电效率，但目前太阳能组件清洗水源是取自厂房屋顶喷淋系统且没预留水管快速接头，太阳能板组件一个方阵有6列，一列8米，约50平方米，而且水源都在太阳能组件的头端方阵，清洗未端位置时需要用到水管50多米。水管长容易绊脚、水源压力不够，导致太阳能组件清洗难度增加。建议设计安装太阳能组件时，在太阳能组件每隔三个组件方阵竖列安装一个水源并增加水管接口，方便对太阳能组件清洗。

2、太阳能组件损坏需要更换时把太阳能组件搬运到厂房屋顶去对应的组件方阵更换，在搬运的过程中发现除了周边的方阵比较好搬运以外，里面的方阵难以搬运（红色圈为难以搬运区域 黑色线代表支架 ）。建议把方阵的串连支架改为独立支架，提高搬运的便捷性同时消除安全隐患，同时减少建设成本。

3、厂房屋顶漏水难以排查与修补：厂房屋顶漏水难以排查和修补漏水点，由于厂房屋顶大部分都被太阳能组件遮挡，加上太阳能组件离地面高度只有30CM，人员无法进入组件底部，导致厂房屋顶漏水难以排查与修补。建议太阳能组件在符合设计安装斜角和平向方位角与组件产品能得到最多光照的前提下，组件安装高度不低于70CM，组件下方接线端子统一延长至组件旁线槽内，提高设备可维护性

4、太阳能户外箱式设备增加维修电源：建议在就近的车间，接入一手永久性40KW的独立电源维修箱到太阳能设备区域，主电是用本所电源UPS，当本所电源失电后，可以使用维修箱电源，确保设备停电保养或UPS容量不足时，有稳定电源使用。

5. 一个太阳能组件方阵是由48块太阳能板组成，方阵长7.2米，宽8.4米，由于中心位置较远加上阳光的折射难以看清中心位置的组件是否有异常。建议在不影响目标发电能力的情况下，更改太阳能组件方阵的排列，由21块板组成，宽3.6米，长8.4米，便于清洗维修和目视巡检。

6. 夜间保养作业光照度严重不足：太阳能设备为了保证发电量，保养时间一般是在晚上。建议在设备周围加装射灯，保证夜间作业有足够的光线。2020年利用晚上时间对逆变器、变压器地面设备进行保养，减少白天停电保养造成损失发电量约240000Kwh。

7. 地面户外设备5S优化：户外设备周边种植了较多植物，滋养了许多昆虫导致昆虫飞入设备，影响设备正常运行。建议地面箱式设备围蔽范围内地面固化，围蔽区域外周边不宜有植物。

总结：通过提高现场可维护性，以便现场运维人员准确、高效、可行地开展各项维护工作，提高整个系统发电能力。避免受地理位置、现场环境等因素的影响，阻碍日常的维保工作。

五、结束语

通过实际的设计和实施工作，以及对光伏项目运维工作后，光伏系统项目取得良好的经济效益和示范效应，并且在解决以上各项问题中得到了许多经验。现阶段所有暴露出的问题均已得到比较好的解决，并通过本文总结设备设计选型、设备安全、可靠性、系统可维修性四个维度建议，献给其他分布式光伏系统运维参考。下一步可以继续探索分布式和其他类似光伏电站，提供给运维人员更加科学的依据和运维方法，保障光伏电站资产保值和增值，并继续探索新的并网模式、运维模式并拓展智能微电网、能源互联网的模式。

参考文献：

1. 宋振涛，田磊，等.光伏建筑一体化技术应用与探讨[J].太阳能光伏,2011(7):29-30

2. 李钟实，黄汉兵.太阳能光伏发电系统设计施工与应用[M].人民邮电出版社，2019.