分布式光伏項(xiàng)目施工常見(jiàn)的技術(shù)問(wèn)題分析與解決方案

引言

自2013年下半年國(guó)家推出專項(xiàng)補(bǔ)貼政策以來(lái),分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目得到了快速發(fā)展。2021年我國(guó)光伏行業(yè)繼續(xù)高歌猛進(jìn),制造端、應(yīng)用端、進(jìn)出口都取得了快速增長(zhǎng)。2021年中國(guó)光伏發(fā)電量3259億kw·h,較上年增加648億kw·h,同比增長(zhǎng)24.8%,約占全國(guó)全年總發(fā)電量的4.0%。提高項(xiàng)目發(fā)電量是眾多投資商關(guān)注的焦點(diǎn),而解決施工中遇到的技術(shù)問(wèn)題則成為重中之重。

1建設(shè)分布式光伏項(xiàng)目的意義及工程流程

分布式光伏發(fā)電指在用戶場(chǎng)地附近建設(shè),運(yùn)行方式為自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)。分布式光伏發(fā)電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則,充分利用當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源,替代和減少化石能源消耗,對(duì)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)達(dá)成具有重要意義。

分布式光伏發(fā)電工程流程包括設(shè)計(jì)、屋面部分施工、地面部分施工、工程驗(yàn)收、后期運(yùn)營(yíng)等。

2常見(jiàn)的技術(shù)問(wèn)題及其解決方案

2.1誘導(dǎo)電勢(shì)衰減

PID代表潛在的光伏電池板組件誘導(dǎo)電勢(shì)衰減,是一種降低光伏電池發(fā)電性能的過(guò)程。在正常情況下陽(yáng)光釋放電子,然后流向逆變器,但PID會(huì)阻止此過(guò)程的發(fā)生。PID和太陽(yáng)能電池中與接地相關(guān)的負(fù)電壓相關(guān),這主要是變壓器隔離型逆變器的缺失造成的:另外,面板暴露的負(fù)電壓越大,PID效應(yīng)越強(qiáng)。目前,行業(yè)內(nèi)公認(rèn)PID效應(yīng)對(duì)光伏組件功率有重要影響,尤其是面對(duì)如高溫、高濕等復(fù)雜環(huán)境時(shí),PID效應(yīng)還會(huì)加重。

針對(duì)PID產(chǎn)生原因,可以從組件端和逆變器端兩方面來(lái)進(jìn)行預(yù)防和修復(fù)。對(duì)組件端而言,組件出廠前應(yīng)進(jìn)行PID測(cè)試,預(yù)判光伏組件在使用過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生PID效應(yīng)。PID測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有IEC62804光伏組件性能測(cè)試、IEC61730光伏組件安全測(cè)試等。投資方可以要求廠家在出售組件時(shí)提供相應(yīng)的PID測(cè)試報(bào)告。

對(duì)逆變器而言,主要有以下三種解決方案:

(1)采用負(fù)極接地方法,消除組件負(fù)極對(duì)地的負(fù)壓。這種方案適用于隔離型光伏逆變器,包括高頻隔離型逆變器和工頻隔離型逆變器,負(fù)極接地后,消除了組件對(duì)地的負(fù)壓,可以有效抑制PID現(xiàn)象:而針對(duì)非隔離型光伏逆變器,則需要外加隔離變壓器之后實(shí)現(xiàn)負(fù)極接地。

(2)采用虛擬中性點(diǎn)接地方案,消除組件負(fù)極對(duì)地的負(fù)壓。這種方案適用于由多臺(tái)組串式光伏逆變器構(gòu)成的集中式光伏電站,通過(guò)抬升虛擬中性點(diǎn)的電位,使逆變器的組串負(fù)極對(duì)地電壓接近于零電位,從而實(shí)現(xiàn)PID抑制功能。

(3)采用正向偏置電壓方案,抑制PID效應(yīng)。這種方案適用于組串式光伏逆變器構(gòu)成的屋頂光伏電站,采用逆變器內(nèi)置或外置防PID的修復(fù)功能模塊,該模塊由交流側(cè)來(lái)供電,在光伏組串正負(fù)極加正向偏置電壓來(lái)修復(fù)PID效應(yīng),可提供自動(dòng)模式、夜間模式和連續(xù)模式三種輸出方式,一般默認(rèn)為自動(dòng)模式,自動(dòng)模式輸出為系統(tǒng)最高電壓。

綜上,逆變器廠家可采用虛擬接地方案及選配內(nèi)置或外置防PID功能模塊:組件工廠則可采用耐候性更佳的原輔材料進(jìn)行封裝,增大內(nèi)部電池與外部電路的絕緣電阻,減少漏電流現(xiàn)象。

2.2組件安裝角度

在屋頂建設(shè)太陽(yáng)能光伏電站,不能像地面電站那樣設(shè)計(jì)最佳傾角,另外還需要考慮前后遮擋間距。為了便于光伏組件和屋頂結(jié)合,一般都在屋面上直接平鋪支架,北半球鋪朝南面,南半球鋪朝北面,這樣才能最大效率利用光能。在實(shí)際中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如下:北坡一般抬高支架,但需要分析抬高方案的成本與收益、灰塵清洗和風(fēng)雪清掃的便利性:如果屋頂租賃成本較高或者能拿到更多對(duì)容量的補(bǔ)貼,可以通過(guò)適當(dāng)降低傾角來(lái)增加容量。

2.3組件的隱裂

隱裂是晶體硅光伏組件一種較為常見(jiàn)的缺點(diǎn),是一些肉眼不可見(jiàn)的纖細(xì)破裂(micro二crack)。晶硅組件因?yàn)槠渥陨砭w結(jié)構(gòu)的特性,許多環(huán)節(jié)都可能形成電池片隱裂。

隱裂發(fā)生的根本原因包括:電池片在焊接、層壓、裝框或搬運(yùn)、檢測(cè)等進(jìn)程中會(huì)受外力的作用,當(dāng)參數(shù)設(shè)置不妥、設(shè)備故障或操作不妥時(shí)會(huì)形成隱裂:電池片在低溫下沒(méi)有通過(guò)預(yù)熱,然后在短時(shí)間內(nèi)突然遇到高溫后脹大以致形成隱裂,如焊接溫度過(guò)高、層壓溫度等參數(shù)設(shè)置不合理。德國(guó)哈默林太陽(yáng)能研究所的研究表明,發(fā)電量損失會(huì)隨隱裂的數(shù)量增加而增大。

對(duì)此,可以采取的措施包括:

(1)安裝前紅外檢查。光伏組件在裝卸、運(yùn)輸、搬運(yùn)、安裝過(guò)程中,未按照要求卸貨、堆放、吊裝、開(kāi)箱等都有可能產(chǎn)生隱裂。檢查工具一般為EL測(cè)試儀,隨機(jī)抽檢比例在萬(wàn)分之五左右。

(2)安裝過(guò)程中采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?。在搬運(yùn)過(guò)程中要防止包裝箱傾斜致使組件受力不均,發(fā)生隱裂:適當(dāng)增加托盤的強(qiáng)度,防止其因強(qiáng)度不夠或者泡水導(dǎo)致搬運(yùn)過(guò)程中托盤變形,使得組件表面受力,從而產(chǎn)生隱裂:組件運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)防叉車司機(jī)暴力裝卸、運(yùn)輸車輛出現(xiàn)大幅顛簸:組件安裝過(guò)程中應(yīng)避免單人背組件、頭部頂組件、安裝踩踏組件的情況發(fā)生,組件安裝要遵循自左而右、自上而下的順序:組件搬運(yùn)時(shí),必須做到兩人抬一塊組件,必要時(shí)使用簡(jiǎn)易周轉(zhuǎn)車進(jìn)行整箱轉(zhuǎn)運(yùn):組件擺放時(shí),禁止將組件放置或依靠在堅(jiān)硬的不平整的表面,應(yīng)做到開(kāi)箱后立即安裝,避免組件散放在工程現(xiàn)場(chǎng):安裝完成、并網(wǎng)之前,需要再次進(jìn)行EL抽測(cè)。

(3)及時(shí)處理隱裂組件。后期運(yùn)維過(guò)程中要定期進(jìn)行EL測(cè)試,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換處理,避免其影響系統(tǒng)的整體發(fā)電效率。

2.4大數(shù)據(jù)運(yùn)維技術(shù)引入

分布式光伏電站因其容量一般都不大,沒(méi)有專門的運(yùn)維人員或運(yùn)維人員數(shù)量很少。另外,分布式電站大都處于生產(chǎn)廠房的屋頂,組件容易嚴(yán)重積灰。同時(shí),因新能源行業(yè)處在高景氣周期,運(yùn)維階段還存在人員流失率高、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)不易積累傳遞等問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題,可以引入大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)光伏電站的生產(chǎn)報(bào)表進(jìn)行集中化管理,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況,自動(dòng)生成運(yùn)維日常報(bào)表:可以對(duì)光伏電站環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、箱變、逆變器、光伏組串等主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,獲取各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)值,并通過(guò)數(shù)據(jù)分析及時(shí)確定狀態(tài)異常點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)在線管控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障智能預(yù)警。同時(shí),采用智能手持設(shè)備以及GPs等技術(shù),可以形成智能化運(yùn)維巡檢模式,規(guī)范巡檢流程,實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)維巡檢,避免人為失誤的發(fā)生。

2.5線損控制

線損是指電能通過(guò)輸電線路傳輸而產(chǎn)生的損耗,在電力網(wǎng)絡(luò)中除輸電線路外,還有變壓器等其他輸變電設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生電能損耗。線損是由電力傳輸中有功功率的損耗造成的,主要包括三部分:(1)電流流經(jīng)有電阻的導(dǎo)線造成的有功功率損耗。(2)線路有電壓,而線間和線對(duì)接之間的絕緣有漏電,造成有功功率損耗。(3)電暈損耗:架空輸電線路帶電部分的電暈放電造成的有功功率損耗。正常情況下,后兩部分一般只占極小的分量。

線損可以分為:

(1)統(tǒng)計(jì)線損。統(tǒng)計(jì)線損是指根據(jù)電能表的讀數(shù)計(jì)算出來(lái)的線損,是供電量和售電量?jī)烧咧g的差值。

(2)理論線損。根據(jù)供電設(shè)備的參數(shù)和電力網(wǎng)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行方式及潮流分布和負(fù)荷情況,由理論計(jì)算得出的線損叫理論線損,又稱技術(shù)線損,其準(zhǔn)確程度取決于電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確度、代表日運(yùn)行數(shù)據(jù)的合理性及理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。

(3)管理線損。由計(jì)量設(shè)備誤差引起的線損以及由于管理不善和失誤等原因造成的線損,如竊電和抄表核算過(guò)程中漏錯(cuò)抄、錯(cuò)算等原因造成的線損。

(4)經(jīng)濟(jì)線損。由于變壓器實(shí)際負(fù)載率較低,配電網(wǎng)中的固定損耗一般在50%~70%,處于經(jīng)濟(jì)負(fù)荷電流值以下運(yùn)行,線路實(shí)際線損率未達(dá)到經(jīng)濟(jì)線損率。當(dāng)負(fù)荷電流小于經(jīng)濟(jì)負(fù)荷電流時(shí),線損率隨著負(fù)荷電流的增加而降低:當(dāng)負(fù)荷電流超過(guò)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷電流時(shí),負(fù)荷電流增加則線損也增加。因此,電網(wǎng)運(yùn)行應(yīng)保持在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷電流左右一個(gè)區(qū)域內(nèi),這個(gè)區(qū)域可以稱為經(jīng)濟(jì)負(fù)荷電流區(qū)。

(5)定額線損。根據(jù)電力網(wǎng)實(shí)際線損,結(jié)合下一考核期內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷潮流情況以及降損措施安排情況,經(jīng)過(guò)測(cè)算確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)線損指標(biāo)。

對(duì)光伏系統(tǒng)而言,其線纜損耗是指由于電纜壓降導(dǎo)致的歐姆損耗,主要包括從組件直流輸出到逆變器之間的直流損耗、從逆變器交流輸出端到變壓器再到并網(wǎng)柜之間的交流損耗。

一般投資商要求把線纜損耗控制在2%以內(nèi),采取的主要措施包括:

(1)選擇合適的材料和線徑。銅和鋁是制造導(dǎo)線和變壓器中導(dǎo)體的主要原料,可以通過(guò)設(shè)計(jì)合理規(guī)格的導(dǎo)線及其線徑來(lái)達(dá)到降低線損率的目的?？紤]到鋁銅價(jià)格相差頗大,目前地面電站大都選用鋁芯電纜以降低工程造價(jià),部分電站甚至選用鋁變壓器。因鋁銅接頭不好處理,屋頂光伏項(xiàng)目則較少采用鋁纜,但隨著屋面資源越來(lái)越稀少,屋面使用成本越來(lái)越高,分布式光伏使用鋁纜的案例會(huì)越來(lái)越多。同時(shí),以降損為主要考慮因素,可以盡量選擇橫截面比較大的導(dǎo)線,但這意味著工程成本會(huì)相應(yīng)增加。因此,分布式光伏投資方應(yīng)綜合考慮,選擇最為適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線。

(2)匯流箱、逆變器等設(shè)備的位置盡量布置在幾何中心。在負(fù)荷功率相同的情況下,供電半徑越小,出線越多,則線損越低。因此,在進(jìn)行回流箱和逆變器的平面布置圖設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量使主要設(shè)備居中,減少線纜的使用長(zhǎng)度。

(3)控制線纜的運(yùn)行溫度。導(dǎo)線溫度上升會(huì)造成電阻與線路損失,電阻隨著溫度的升高而增大,因此要設(shè)計(jì)合適的線徑,同時(shí)對(duì)外露連接線纜進(jìn)行穿管保護(hù)。

(4)使用質(zhì)量較好的線纜和接線端子。

2.6污染控制

組件長(zhǎng)期暴露在室外,長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)有灰塵堆積,落葉、鳥(niǎo)糞等覆蓋,如組件附近有大樹(shù)、煙筒、水箱等形成遮擋,組件的輸出功率會(huì)有更大的下降?；覊m覆蓋造成的功率損失有時(shí)會(huì)超過(guò)10%。另外,分布式項(xiàng)目大都建在工廠屋頂,因?yàn)閲娡?、廢氣等生產(chǎn)工藝,屋面會(huì)存在各種污染。波士頓大學(xué)2014年的一項(xiàng)研究表明了環(huán)境及其中灰塵對(duì)發(fā)電量的影響,如圖1所示。

針對(duì)污染因素的應(yīng)對(duì)措施包括:(1)避開(kāi)工廠污染的排放屋面區(qū)域:(2)平衡提高安裝角度以便雨水沖洗的成本與組件平鋪帶來(lái)的多余容量收益:(3)調(diào)整煙筒污染物的排放方向:(4)針對(duì)灰塵,需要加強(qiáng)清洗,可以根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、下雨頻率、清洗成本等因素確定清洗的頻率:(5)針對(duì)頑固污染區(qū)域,可以采用化學(xué)藥劑清洗,但清洗前應(yīng)做小范圍的測(cè)試,以免組件玻璃出現(xiàn)損傷。2.7系統(tǒng)防腐

分布式光伏項(xiàng)目的全生命周期超過(guò)20年,系統(tǒng)防腐對(duì)項(xiàng)目的運(yùn)行安全和投資收益非常重要。

支架系統(tǒng)一般選用o235鋼材,使用熱鍍鋅加工,其防腐措施如下:(1)增加鍍鋅厚度。一般來(lái)說(shuō)鍍層越厚,全部腐蝕所需時(shí)間越長(zhǎng),建議熱鍍鋅厚度增加至80um以上。(2)陰極保護(hù)措施。在存在腐蝕生產(chǎn)工藝的工廠安裝組件時(shí),支架可采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)措施。(3)多用螺栓連接,減少焊接數(shù)量。針對(duì)少量的焊接部位,可使用防腐蝕涂層。先用醇溶性無(wú)機(jī)富鋅底漆打底及調(diào)平:中間層使用環(huán)氧云鐵漆封閉以杜絕空氣侵入底漆:丙烯酸聚氨酯面漆可以保證涂裝質(zhì)量,并能保護(hù)中間漆。

對(duì)變壓器和逆變器的外殼而言,一般選用鍍鋅鋼板制成,可以通過(guò)下列措施提高防腐性能:(1)選用耐腐蝕性能更好的鋁合金:(2)采用酸洗磷化處理以便在鋼板表面形成致密的耐腐蝕氧化膜。

2.8接地系統(tǒng)

由于屋面組件的邊框采用鋁合金、方陣面積很大、安裝采用金屬材料固定等因素,光伏系統(tǒng)容易遭受直接雷擊,所以需要設(shè)置水平和垂直相結(jié)合的接地網(wǎng)。將安全接地、工作接地、防雷接地作為一個(gè)共用接地裝置,接地電阻值按一般不大于4Q考慮。在沿組件方陣四周,可以采用熱鍍鋅扁鋼設(shè)置一圈水平接地帶,然后通過(guò)接地扁鐵引入接地體,接地體的埋設(shè)深度一般在0.6~0.8m。如果組件廠家沒(méi)有在鋁合金邊框上留有用于安裝接地線的螺栓孔,則需要重新開(kāi)孔,然后用接地導(dǎo)線把外框和支架系統(tǒng)連接。

對(duì)屋面的直流匯流箱、逆變器及地面的室外變壓器、配電柜等,則需要采取多種措施:

(1)對(duì)于沿直流輸入線路或支架系統(tǒng)侵入的感應(yīng)雷,可在匯流箱內(nèi)分別在正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地間安裝電涌專用保護(hù)器:在逆變器直流輸入端正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地、正極對(duì)負(fù)極之間安裝電涌專用保護(hù)器,實(shí)現(xiàn)差模和共模保護(hù)。

(2)光伏電站處于屋頂,占地面積較大、四周開(kāi)闊,強(qiáng)電和弱電電纜在組件方陣之間穿插布置且裸露在戶外,容易遭受直擊雷,從而成為雷電感應(yīng)耦合通道,通過(guò)布設(shè)電纜槽盒、橋架等能對(duì)電纜起到很好的屏蔽作用。另外,對(duì)于直埋電纜,應(yīng)采用穿管保護(hù)。

(3)等電位連接。等電位連接能減少防雷空間內(nèi)各金屬系統(tǒng)之間的電位差。為減少組件方陣、配電設(shè)備及其電纜、送出線路之間的地電位反擊,需要在防雷分區(qū)內(nèi)、分區(qū)交界處采用連接線、扁鋼等做等電位連接。

3結(jié)語(yǔ)

分布式光伏項(xiàng)目施工中遇到的技術(shù)問(wèn)題眾多,本文分析了施工中常見(jiàn)的技術(shù)問(wèn)題,結(jié)合相關(guān)資料和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),提出了相應(yīng)的解決方案,可供行業(yè)人員參考。