光伏電站運維及增值管理的研究及運用

莫海寧 張 叢

上海普天中科能源技術(shù)有限公司

光伏電站運維及增值管理的研究及運用

莫海寧 張 叢

上海普天中科能源技術(shù)有限公司

從光伏電站運維及增值管理入手，分別介紹其現(xiàn)狀、影響因素、優(yōu)化方法和應(yīng)用效果, 并將相關(guān)研究成果在光伏電站運營中推廣。

光伏；運維；增值；效率

隨著國內(nèi)光伏電站裝機容量的快速增加，當前光伏電站的運營維護已成為各家持有光伏電站投資者迫在眉睫要梳理并解決的業(yè)務(wù)，確保光伏資產(chǎn)的保值和增值。如何對光伏電站有效地監(jiān)控、系統(tǒng)能效分析、系統(tǒng)匹配優(yōu)化、組件清洗、故障點的快速確定和應(yīng)急措施，提高運維工作效率、降低運維成本、提高光伏電站發(fā)電效率等問題，是當前光伏發(fā)電市場急需解決的問題。

1 光伏電站運維概述

光伏電站運維是以保障光伏電站安全運行為基礎(chǔ)，通過科學(xué)評估、預(yù)防性維護、周期性維護以及定期的設(shè)備性能測試等手段，經(jīng)濟有效的對電站進行管理，以保障整個光伏電站的安全、穩(wěn)定、高效運行，從而保證投資者的收益回報，也是電站交易、再融資的基礎(chǔ)。隨著全球光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，伴隨著光伏電站的建設(shè)質(zhì)量問題、安全問題也頻頻爆發(fā)，越來越多的光伏電站面臨運維的難題。諸如設(shè)計缺陷、設(shè)備質(zhì)量缺陷、施工不規(guī)范等問題都給光伏電站的運維帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

國內(nèi)光伏電站建設(shè)的熱情受補貼政策影響很大，導(dǎo)致大部分項目工程建設(shè)周期短，很多地方出現(xiàn)“大躍進”模式的搶裝現(xiàn)象，這必然會影響光伏電站的質(zhì)量和運行安全性能。電站設(shè)計考慮不周全、使用劣質(zhì)設(shè)備產(chǎn)品、安裝人員技能水平不足、施工時間短等因素，這就造成光伏電站發(fā)電效率下降和質(zhì)量事故頻發(fā)。如沒有有效地進行控制和優(yōu)化，必然影響項目的投資收益和運行安全。因此，光伏電站運維及電站資產(chǎn)增值的管理是光伏能源發(fā)展的首要目標。

2 國內(nèi)光伏運維發(fā)展狀況

國內(nèi)光伏電站運維發(fā)展可分為4個階段。

（1）2009年前送電下鄉(xiāng)，無電地區(qū)的光伏扶貧項目啟動，如西藏等地區(qū)，主要是一些微小型的離網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)，屬于基本無運維或者稱作小運維階段。

（2）2009～2013年，一次性補貼下的金太陽光伏電站的運維，由于搶工期及消耗產(chǎn)品庫存的因故，金太陽光伏項目大部分存在較大工程質(zhì)量隱患，本期間的光伏運維主要關(guān)注設(shè)備的完好性和安全性。

（3）2013～2016年，基于度電補貼的要求，開始從設(shè)計、建設(shè)以及運行維護等各個環(huán)節(jié)都開始考慮電站實際收益，光伏電站投資方逐漸意識到運營維護的重要性。

（4）2016～未來，將是基于電站資產(chǎn)管理的電站運維，光伏一站式監(jiān)控管理，實時監(jiān)控光伏電站的運行狀態(tài)，及時進行運維及優(yōu)化，確保光伏電站資產(chǎn)的保值和增值。

目前光伏電站的持有者一般分為以金融為主導(dǎo)的光伏投資型企業(yè)、以發(fā)電為主導(dǎo)的電力生產(chǎn)型企業(yè)和以自用為主的家庭光伏業(yè)主。多數(shù)運維團隊均未有運營電站的發(fā)電經(jīng)驗，經(jīng)驗的稀缺導(dǎo)致運營光伏電站發(fā)電量提升和故障處理存在技術(shù)性障礙。很多企業(yè)主要精力也放在規(guī)模擴張和持有資產(chǎn)增加上，對于發(fā)電運營領(lǐng)域的關(guān)注少之又少。而這些企業(yè)持有的光伏電站數(shù)量龐大，分布區(qū)域廣，對資產(chǎn)的統(tǒng)一有效管理是勢在必行的趨勢。

3 國內(nèi)光伏電站運維存在的問題

近幾年，國內(nèi)光伏發(fā)電項目快速發(fā)展，而后期電站的運營維護沒有受到重視，尤其前期設(shè)計、施工時，沒有充分考慮光伏運維的需求，缺少光伏的運維措施配置和經(jīng)驗。目前光伏電站運維主要存在以下幾大問題。

（1）電站安全管理問題，從業(yè)人員混雜，未進行職業(yè)技能培訓(xùn)和指導(dǎo)，安全意識淡薄，缺乏有效的安全監(jiān)督；

（2）員工無光伏經(jīng)驗且無成熟的光伏運維管理體系借鑒，運維方法缺少科學(xué)依據(jù)；

（3）新興新能源產(chǎn)業(yè)，專業(yè)技術(shù)人才的缺口較大；

（4）光伏運維缺乏標準、技術(shù)和規(guī)范的支持；

（5）缺乏有效的預(yù)測手段，電站運維效果預(yù)期難以評價；

（6）缺乏光伏運維一站式管理手段，運維人員很難及時發(fā)現(xiàn)故障或系統(tǒng)缺陷。

4 一站式光伏運維及增值管理

4.1 一站式光伏運維及增值管理模式

目前國內(nèi)光伏電站存在系統(tǒng)安裝布置分散、系統(tǒng)發(fā)電能效低下、故障點未能及時反饋、運維方法不當?shù)葐栴}，如何選擇最佳光伏運行方案及運維管理模式，一站式光伏電站運維模式將很好的解決這些問題。

一站式遠程光伏運維管理監(jiān)控系統(tǒng)具備能效分析、組件工作狀態(tài)監(jiān)控、組串與逆變器匹配性監(jiān)控、組件清潔度監(jiān)控、故障提醒和原因分析、系統(tǒng)匹配性分析、運維事件記錄等功能，采取無線數(shù)據(jù)傳輸及遠程監(jiān)控策略，向運維人員實時反饋真實、直觀、有效地系統(tǒng)信息和運維需求指令，實現(xiàn)光伏發(fā)電站資產(chǎn)的保值和增值。一站式光伏電站運維管理監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)線路如圖1所示。

4.2.1 組件表面清潔度評估系統(tǒng)

灰塵、鳥糞、油污等覆蓋在光伏組件表面，遮擋了較大部分的光照，對光伏電站發(fā)電效率有較大的影響。例如，北方干旱少雨地區(qū)，風(fēng)沙較多，如沒有采取有效地清潔，光伏電站的發(fā)電效率下降高達45%以上，嚴重影響光伏電站的利用價值。因此，有必要對光伏組件的清潔度進行監(jiān)控評估，給運維人員反饋光伏組件實時的清潔程度，運維人員將根據(jù)實際情況安排組件清潔工作。

圖1 一站式光伏電站運維技術(shù)線路4.2運維及增值管理研究

目前，針對光伏組件表面的清潔度評估問題，基本靠人的視覺去主觀判斷，無法評價灰塵、鳥糞、油污等光伏組件表面的附著物對光伏電站發(fā)電效率的影響程度，也無法合理地安排光伏組件清潔工作?？紤]到清潔成本和提高發(fā)電帶來的收益進行比較，設(shè)置清潔度等級（0%～100%），用戶可以根據(jù)光伏電站所在地區(qū)特點和實際需求設(shè)置一個最優(yōu)的清潔度臨界點作為運維需求告警點。

光伏組件表面清潔度評估系統(tǒng)包括溫度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、環(huán)境監(jiān)測儀、光伏數(shù)據(jù)處理箱、運維管理中心和通信電纜。光伏數(shù)據(jù)處理箱通過螺栓固定于光伏組件底下的鋼支架上，光伏數(shù)據(jù)處理箱內(nèi)部放置開關(guān)電源、交換機及光伏數(shù)據(jù)處理器。環(huán)境監(jiān)測儀安裝于光伏電站空曠無遮擋地面的專用支架上，環(huán)境監(jiān)測儀包括光照傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、環(huán)境溫度傳感器、濕度傳感器。溫度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器固定在光伏組件背板上。光伏數(shù)據(jù)處理箱中的開關(guān)電源通過導(dǎo)線給環(huán)境監(jiān)測儀和光伏數(shù)據(jù)處理器供電，環(huán)境監(jiān)測儀、溫度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器采集到的信息通過RS 485屏蔽雙絞線傳輸?shù)焦夥鼣?shù)據(jù)處理器，光伏數(shù)據(jù)處理器將數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析和處理，經(jīng)交換機轉(zhuǎn)換后通過單模光纖將信息發(fā)送到運維管理中心。

該系統(tǒng)不僅替代了檢查光伏組件的人力，節(jié)省了光伏電站運營維護的成本，并且采用了高精度的傳感器技術(shù)，對光伏組件的實時電壓、電流、溫度及電站環(huán)境氣象等信息進行監(jiān)測，比較光伏組件的實際輸出功率和理想輸出功率，通過智能的數(shù)據(jù)處理器處理和分析，向用戶終端運維管理中心反饋實時的光伏組件清潔度情況及清洗需求指令。光伏組件表面清潔度評估系統(tǒng)框架圖如圖2所示。

圖2 光伏組件表面清潔度評估系統(tǒng)框架圖

4.2.2 組件匹配性分析

由于光伏逆變都是采取MPPT最大功率點跟蹤的控制策略，光伏電站同一逆變器直流輸入端口并聯(lián)的光伏組串電壓存在偏差，組串工作電壓相互間影響，各組串無法跟蹤到最大功率點從而造成輸出功率下降，即各組串都無法實現(xiàn)最大功率跟蹤的目標，某光伏組串電壓偏差示意圖如圖3所示。在運維管理中心設(shè)置各光伏組串電壓偏差監(jiān)控功能，智能分析組串電壓偏差大小及確定問題組串的編號，如某組串電壓與平均值偏差大于3%時，即向運維人員發(fā)出告警信號，可有助于運維人員及時發(fā)現(xiàn)隱患并快速解決問題，避免對光伏電站能效輸出的影響。

4.2.3 光伏電站效率分析

影響光伏發(fā)電站發(fā)電量的關(guān)鍵因素主要是系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率主要考慮的因素有：光伏組件表面灰塵遮擋損失、溫度影響損失、光伏組件的匹配損失、逆變器的功率損耗、線路損耗、其它配電設(shè)備的損耗、交直流部分線纜功率損耗、跟蹤系統(tǒng)的精度、其它雜項損失。

光伏運維管理中心實時監(jiān)控光伏工作狀態(tài)，比較實際值與理論值的偏差，分析產(chǎn)生偏差的主要因素，是否為可接受的正常范圍內(nèi)。如某一影響因素超出了正常范圍，監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出警告信息，及時通知運維管理人員，并提示可能存在的問題及具體位置。

4.2.4 不同安裝模式的比較

一個運維管理中心可監(jiān)控多個不同區(qū)域的光伏電站，每個電站的安裝模式、地理環(huán)境、系統(tǒng)配置、運維管理都不盡相同。運維管理中心可將各光伏電站的運行數(shù)據(jù)進行比較，如有偏差將建立模式進行分析，分析出造成偏差原因，總結(jié)出最優(yōu)的系統(tǒng)配置、系統(tǒng)安裝、運維的模式。形成最終的評估報告，作為光伏電站運維、系統(tǒng)優(yōu)化及今后新的光伏項目開發(fā)的依據(jù)。

4.2.5 運行數(shù)據(jù)和運維記錄存儲與分析

光伏運維管理中心設(shè)置大數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，存儲光伏運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和運維記錄，如電壓、電流、功率、溫度、電量、諧波、功率因數(shù)、光照強度、運維操作事件的時間和處理情況等。系統(tǒng)配備查詢及評估功能，運維人員可以隨時調(diào)取任何時刻的歷史數(shù)據(jù)，通過與歷史數(shù)據(jù)比較，并通過修正后以報告形式反饋給用戶。用戶可以直觀的了解光伏電站的實際情況，以報告為依據(jù)進行光伏電站運維和系統(tǒng)優(yōu)化。

4.3 功能及價值

通過對光伏電站能效優(yōu)化方法和運維管理策略的理論方法的研究，搭建多種光伏電站運行模式實驗平臺，探尋最佳的系統(tǒng)優(yōu)化及運維方法。光伏電站運維中心可以管理投資者自己持有的光伏電站，也可以代理管理其它業(yè)主委托管理的光伏電站，對所管理的所有光伏電站進行“一站式”管理。根據(jù)不斷積累的運維經(jīng)驗和運維試驗評估報告，編制光伏電站運維管理規(guī)范或手冊，作為運維人員培訓(xùn)和指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)。

圖3 某光伏組串電壓偏差示意圖

5 結(jié)語

光伏運維管理及增值管理可遠程對不同區(qū)域多個光伏電站進行一站式管理，減少了光伏電站運維的人力物力投入，提供給運維人員更加科學(xué)的依據(jù)和運維方法，保障了光伏電站資產(chǎn)的保值和增值。

Research and Application of PV Power Plant Operation and Maintenance and Added Value Management

Mo Haining, Zhang Cong
Shanghai Potevio Energy Science & Technology Co., Ltd

The article is from PV power plant operation and maintenance and added value management to introduce its current situation, influencing factors, optimization methods and application effects. The author promotes relative research results among PV power plant operation and maintenance.

Photovoltaic, Operation and Maintenance, Added Value, Efficiency

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.003