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    不同类型光伏发电站的运维重点及难点探讨

    时间：2023-01-14 14:55:05来源：百花范文网本文已影响人

    保定嘉盛光电科技股份有限公司 赵国立

    截至2020年年底，国内光伏装机容量累计达到了253GW，连续6年位居全球首位，到2030年风电、太阳能发电总装机容量预计达到12亿kW以上[1]，光伏行业在未来发展潜力巨大。

    光伏发电项目逐步成为我国电力能源结构的重要组成部分，光伏发电站的安装形式也越来越多，包括地面集中式、屋顶分布式项目等。不同类型的光伏发电站在运行过程当中面临的运维重点及难点工作也不尽相同。为保证光伏项目正常运行，有必要对不同类型项目的运维重点及难点工作进行分析总结，制定有针对性的运维方案，才能达到让光伏发电站安全、高效运行的目的。

    2.1 沙尘天气影响

    大型地面光伏电站一般建设在土地广阔的西北区域，气候干燥且降雨量少，沙尘天气频繁，为太阳能发电造成了较大麻烦。

    西北区域的地面集中式光伏发电项目组件的灰尘、污渍遮挡是影响项目发电量的重要因素。在季节交换时段遭遇沙尘暴时，雨水匮乏，加剧灰尘在组件表面附着，发电效果大幅下降，严重影响组件正常发电运行。针对此类问题可采取以下应对措施：

    一是制定科学合理的光伏组件清洗计划，在沙尘季节增加光伏组件的清洗频次，及时清除灰尘遮挡。二是根据项目地的情况，合理采用干洗或水洗的方式，制定经济性最佳的清洗方案，达到快速提升组件发电能力的目的。三是及时掌握天气变化情况，制定相应的应急预案，严密监控电力系统运行参数。同时，配备应急抢修物资、备品备件，确保沙尘暴袭击时抢修人员可以随时待命。四是沙尘暴过后，组织人员对设备、线路和厂区进行巡视，做好设备除尘工作的同时，全力排查因沙尘影响所带来的安全隐患。五是为了确认项目的最佳清洗时间，可以在现场设置灰尘监测预警系统，预警系统可在收集数据期间实时监测现场灰尘遮挡情况，根据收集的数据进行深入分析，确定最优清洗时间节点。

    2.2 鸟粪污染问题

    光伏电站地处偏远地带，是鸟类聚集生活的区域，这种区域的光伏电站容易受鸟粪的影响，尤其对晶硅类组件，鸟粪对其输出功率有较大影响。另外，当光伏方阵处于正常工作状态，且方阵面的辐照度高于600W/m2时，检测同一组件外表面电池正上方的温度超过20℃时，应视为发生热斑[2]，鸟粪导致的热斑效应可导致引发火灾的隐患。

    当某一（些）光伏组件出现故障时，在其他光伏组件的作用下，这些故障光伏组件将成为系统的负载，以热量的形式消耗其他太阳能发电单元发出的电能，同时长时间热量的积累也会对光伏组件本身以及其封装材料带来损害，甚至造成永久损坏[3]。针对鸟粪污染情况，可以采用安装驱鸟装置的方式，尽可能减少鸟类在光伏组件顶部聚集栖息的时间和频率，减少鸟粪污染。

    2.3 回填区光伏组件承受不均衡扭力

    地面集中式光伏电站的光伏支架安装于回填土区域的时候，往往面临基础沉降问题，基础的位移会破坏组件固定位置的受力平衡，造成组件的隐裂、碎片、玻璃破碎、边框变形等故障。为了解决这一问题，一方面要及时对沉陷部位进行补填、固定，防止沉陷加剧；
    另一方面，要及时测试压块扭力，调整组件压块的位置和松紧度，减少组件所受的不平衡力。

    3.1 屋顶火灾风险

    对厂房屋顶分布式光伏设备，夏季高温、雨季暴雨等恶劣环境，对光伏系统的安全运行是重大考验，存在因设备故障导致屋顶起火事故的发生。尤其是光伏系统直流侧线缆的MC4接插件、光伏汇流箱等电气设备，因材料、施工质量或恶劣环境等原因，极易导致其过热甚至烧毁，轻则造成电量损失，重则导致厂房火灾事故。

    图1 某屋顶分布式电站MC4接插件烧毁导致屋顶损坏

    为避免火灾事故的发生，需要制定周密严谨的项目巡检、维护计划。对于此类的光伏项目需要增强项目自身运行的稳定性，减少故障率，杜绝事故的发生。可采取的预防性维护措施有以下几点：

    一是定期进行红外热成像扫描，尤其是屋顶的光伏组件、MC4接插件、汇流箱等电气设备连接点，应重点进行红外热成像扫描，如发现过热现象，立即查找原因并处理，消除安全隐患，避免因此造成事故。

    二是室外配电箱要有较好的防火、防潮性能，入线孔位置要进行防火封堵，且箱体的密封位置需要定期检查维修，以免材料老化、变形，影响整体的防护性能。

    图2 某项目MC4接插件红外热成像扫描发现异常

    3.2 光伏组件灰尘遮挡

    对于屋面分布式光伏发电项目，组件的灰尘/污渍遮挡是影响项目发电量的重要因素。尤其对存在平铺安装光伏组件，冬季空气质量较差，秋冬季节夜晚露水严重，加剧灰尘在组件表面附着；
    另外，雨势相对较小，导致组件表面形成泥带遮挡，对组件造成腐蚀，灰尘的成分比较复杂，可与面板的组成物质产生酸性或碱性反应，严重影响组件正常发电运行。目前，有效的措施和手段如下：

    一是根据具体情况制定科学的组件清洗计划，雨季要避免进行光伏组件的清洗工作，在秋冬季节增加光伏组件的清洗频次，及时清除灰尘/污渍遮挡因素，另外合理采用干洗、水洗或者局部清洗的方式，制定经济性最佳的清洗方案，清除组件泥带遮挡，达到快速提升组件发电能力的目的。二是屋面分布式光伏项目大部分安装光伏组件的角度较小，而对于平铺安装的光伏组件，底部极易堆积大量泥带，可考虑安装组件导水排泥装置，提高电站发电量，减少组件热斑效应。三是对于屋面分布式光伏发电项目，尤其对于灰尘累积较快的项目，安装清扫机器人是较好的应对措施，可以自主设定清扫频率，解决灰尘遮挡光伏组件的难题。此类项目安装清扫机器人的投资回收期较快，可以得到较高的投资收益。

    3.3 作业安全问题

    屋顶分布式光伏电站在巡检作业过程当中存在普遍的安全问题，由于光伏项目建设于屋顶，为保证屋顶作业安全性，提高项目现场运维安全系数，可对项目现场进行安全防护加固措施：一是大部分彩钢厂房屋顶都设置屋顶采光带，但是采光带是不能承受人员踩踏受力的，因此对采光带要设置醒目的标志，避免人员误踩造成人员坠落安全事故。二是无女儿墙（距离屋顶边缘较危险区域）项目加装防护栏。三是较高屋顶的室外爬梯改造，增加室外爬梯缓冲平台，避免因爬梯过高，人员在攀登过程中因体力不支发生意外。四是屋顶设置人员检修通道，方便人员巡视，增加巡检安全系数，且避免因人员踩踏损坏屋顶，造成屋顶漏雨等现象。五是电站项目巡检作业人员应具备完善的特种作业操作证，除具备电工作业证之外，还应该根据项目具体情况考取高处作业证。

    3.4 电力线缆绝缘损坏

    屋顶光伏发电项目线缆在未进行有效防护的情况下，绝缘层因材料质量或在风吹日晒等恶劣环境的影响下，极易造成绝缘层损坏，导致电缆短路起火、漏电伤人等事故发生。尤其在逆变器直流侧的光伏线缆，线缆较集中密集，如果绝缘层损坏，容易导致正负极短路故障，严重威胁电站安全运行，因此对电力线缆的绝缘完好性检查防护工作须加强。

    针对此类问题，首先要对线缆进行有效维护，已明显绝缘损坏的光伏线缆，进行防晒、防水绝缘层加固处理，确保正负极线缆之间的安全绝缘标准，然后采用隔板等方式对外漏线缆进行防晒遮挡处理。另外，为保证线缆长期有效安全状态，可在将绝缘层损坏线缆进行绝缘加固防护处理后，对原光伏线缆防护管进行升级改造。

    3.5 分散型屋面项目响应速度问题

    部分户用光伏系统总体容量较大，但单体容量较小，区域分布较为分散，巡检过程耗时长、故障处理响应时间长、故障节点多、维护工作量大，且由于单体项目安装于每个家户内部，进出过程受住户限制。所以，对于此类的光伏项目需要增强项目自身运行的稳定性，减少故障率，杜绝事故的发生，建议采用全方位预防性运维方式，重点放在以下两点：

    一是年度检测和年度维护，每年进行全方位检测和评估，提前发现隐患点，并进行处理，防止故障扩大；
    同时，做好本项目年度维护，提高项目稳定运行的能力。二是故障抢修机制，借助远程监控平台，进行24h×365d全天候监控和应急响应，设置监控运维中心，每天定期收设备运行所有相关数据，上传到监控中心。监控运维中心存储了运维工的相关信息，当检测出屋顶光伏电站故障或异常时，监控运维中心自动推送居民屋顶位置、故障异常类型等信息给运维工作人员，以方便运维工作人员开展具体的运维工作，为现场巡检人员提供强有力的技术支持。

    在以上两点基础上，结合定期巡检和特殊巡检，可以有效地避免光伏系统出现故障，减少故障损失。

    4.1 雷击风险

    山体上建设的光伏电站项目，依山体走势而建，因此存在受雷击的风险，对接地系统的要求也更高，组件的接地性能直接关系到系统受雷电影响时的安全性，需要在雷雨季节前对光伏系统进行一次接地系统的专项维护，防止雷雨天气对系统设备造成损坏，且每年需要定期对系统进行接地性能的测试，根据测试结果对系统隐患进行排除。

    4.2 植被遮挡和杂草的清除

    山体型光伏电站光伏区域占地面大，植被情况也比较复杂，给工作人员巡检和植被清除工作带来较大的工作困难。杂草遮挡是影响光伏发电效率的重大因素，不仅减少发电量还可能导致光伏组件热斑效应，温度过高进而引发火灾事故。

    后期运维过程中，一方面需要积极协调解决遮挡源；
    另一方面，对于无法协调解决的部分可以采用组串优化器等产品。在北方杂草枯萎的季节，山上可能存在人员活动（抽烟、玩火、祭祀等）导致杂草起火，给光伏区带来较大的火灾事故，因此必须及早清除杂草，建立防火隔离带，同时建立火灾事故应急小组和应急预案。

    图3 杂草遮挡光伏组件导致温度过高

    4.3 快速抵达故障处理现场的问题

    对于山体类光伏电站来说，光伏区地势复杂，且由于其安装环境占地面积较大，组件故障维修或巡检过程更加依赖于高效率的设备定位。可以通过定位地图进行高清视图定位，对每个组串进行编号，运维人员可以通过软件定位，快速到达目标设备位置。由于部分山体光伏电站项目网络信号偏差，建议使用在断网状态下仍可通过GPS实现准确定位的软件，可以让光伏电站运维效率明显提高，方便发生故障时的消缺工作。

    4.4 水土流失问题

    根据以往的经验，部分山体电站项目地面植被不够丰富，易发生水土流失情况，还有可能因为水土流失导致滑坡现象，进而造成不必要的资产损失。在控制方面，可以对受破坏的地面进行及时恢复和养护，减少水流无序汇集。对有必要的区域还要采取重新建设护坡、设置泄洪渠等措施进行防护，从而减少水土流失，避免山体滑坡或泥石流危害。

    5.1 光伏区现场可达性较差

    “渔光互补”项目是将光伏组件安装于水面上，以船为交通工具，电站的通行性和灵活性较差，严重影响运维效率。丰水期水位较深，增添了船在水面上的不稳定性；
    枯水期水面较浅，河水里的淤泥杂草又给运维工作增加了难度。鉴于此类项目特点，可以充分利用智能无人机进行巡检，大大节省人力，提高工作效率。

    5.2 电站安全性要求高

    “渔光互补”电站的安全性要求较高，主要为设备安全和人员安全。电站设备绝缘需要定期进行维护和检测，接地扁铁等电站设施处在水中容易生锈，且绝缘故障容易威胁清洗人员安全。电与水交互的环境，极易引起安全事故，并且运维人员乘船进行人工清洗运维，安全性差，在运维过程中，溺水安全事故需要重点关注，在电站上应配置电力绝缘工器具、船只、救生衣等物资。

    5.3 鸟粪污染严重，人工清扫成本高

    “渔光互补”电站相对而言灰尘较少，但鸟类较多，容易产生鸟粪遮挡组件，清理不及时，影响发电量的同时会造成热斑效应，烧坏组件。另外，鸟粪清洗难度大，组件清洗时不仅人工清扫成本高，时间成本也高，电站损益难以均衡。对于“渔光互补”电站清洗问题，可以充分应用智能光伏运维机器人解决“渔光互补”电站清洗难题，实现电站的自动化清洗、智能运维，切实有效提升电站发电量。

    6.1 防汛问题

    “农光互补”光伏项目所在地雨水较为丰盛，地势相对较低，占地面积较广，电站每年在雨季对防汛要求较高，因洪水问题存在以下问题。

    一是因项目土质松软，四周沙土堆积，雨水淤积，导致地基下沉，可能导致支架及组件变形现象，光伏支架受力向上或向下弯曲，影响了光伏板整体的美观，也导致光伏板受力不均，造成损失。二是雨水太过丰盛，雨水不能及时泄洪，可能对种植农作物造成一定影响，造成农作物损失。三是“农光互补”电站电缆沟、电气设备基础等设备所在区域，在洪水较大、积水较多时，存在电缆、电气设备等被水浸泡风险。四是项目地如遇特大洪水，可能存在人员被困、车辆不能通行等风险。针对以上情况可采取以下措施：

    一是增加季节性巡视等专项巡检，着重关注长期存在雨水浸泡区域，及时发现问题并解决问题，防止损失扩大。二是设置泄洪措施，对电缆沟、设备基础内设置排水孔，防止雨水漫灌；
    对地势较低区域，适当增加泄洪沟，关键区域构筑防洪墙，保证电站整体安全。三是防洪物资准备，保证防洪沙袋、铁锹、雨衣、雨鞋/靴、排污泵、排污水管、救生衣、救生圈、应急药品等准备充足良好，定期检查是否缺失和损坏，确保随时可用。

    6.2 电站组件清洗和农作物灌溉问题

    “农光互补”光伏电站由于组件较高，存在清洗作业不便问题，另外组件清洗和农作物灌溉均需水资源，部分项目组件清洗用水可能会和农作物灌溉出现冲突。针对此问题，建议合理选择农作物种类，综合考虑农作物生长环境、生长高度对组件影响等因素，选择种植适宜农光互补项目的农作物。

    合理把控清洗组件和灌溉农作物最佳时机，在安排光伏组件清洗时间时，与农作物的灌溉时间相结合，在农作物有灌溉需求时，观察组件表面污染情况，充分利用水资源，避免水资源的浪费；
    同时，避免在农作物水分充沛期，因清洗用水导致农作物的损失。

    6.3 “农光互补”项目光伏区巡检通道问题

    “农光互补”项目可能会存在巡检不便问题，一方面地面可能会存在水塘、泥泞地段，人员很难到达各区域现场；
    另一方面，由于农作物种植，人员巡检可能会对农作物践踏造成损失。针对以上问题建议充分利用无人机巡检，节省人力，提高工作效率。在光伏区域，合理设置巡检通道，保证人员正常巡检路线的畅通，在必要区域预留充足空间，可以正常开展组件清洗、更换以及设备维修维护工作。

    壮大清洁能源产业是我国“十四五”规划的重要目标和任务，而光伏发电也将成为我国重要的电力来源，并占据重要地位，光伏发电也将迎来更大范围、更多场景、更多模式、更高水平的利用。对我国多种形式的光伏电站项目，必须考虑其特殊性，对重点及难点工作充分分析，制定相应的维护方案，保证其安全、高效运行，源源不断地输出清洁电力，服务广大民众，助力我国“双碳”目标的实现。

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