引言
自2013年下半年國家推出專項補貼政策以來,分布式光伏發(fā)電項目得到了快速發(fā)展。2021年我國光伏行業(yè)繼續(xù)高歌猛進,制造端、應用端、進出口都取得了快速增長。2021年中國光伏發(fā)電量3259億kw·h,較上年增加648億kw·h,同比增長24.8%,約占全國全年總發(fā)電量的4.0%。提高項目發(fā)電量是眾多投資商關注的焦點,而解決施工中遇到的技術問題則成為重中之重。
1建設分布式光伏項目的意義及工程流程
分布式光伏發(fā)電指在用戶場地附近建設,運行方式為自發(fā)自用、多余電量上網。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,充分利用當地太陽能資源,替代和減少化石能源消耗,對碳達峰和碳中和的目標達成具有重要意義。
分布式光伏發(fā)電工程流程包括設計、屋面部分施工、地面部分施工、工程驗收、后期運營等。
2常見的技術問題及其解決方案
2.1誘導電勢衰減
PID代表潛在的光伏電池板組件誘導電勢衰減,是一種降低光伏電池發(fā)電性能的過程。在正常情況下陽光釋放電子,然后流向逆變器,但PID會阻止此過程的發(fā)生。PID和太陽能電池中與接地相關的負電壓相關,這主要是變壓器隔離型逆變器的缺失造成的:另外,面板暴露的負電壓越大,PID效應越強。目前,行業(yè)內公認PID效應對光伏組件功率有重要影響,尤其是面對如高溫、高濕等復雜環(huán)境時,PID效應還會加重。
針對PID產生原因,可以從組件端和逆變器端兩方面來進行預防和修復。對組件端而言,組件出廠前應進行PID測試,預判光伏組件在使用過程中是否會發(fā)生PID效應。PID測試標準有IEC62804光伏組件性能測試、IEC61730光伏組件安全測試等。投資方可以要求廠家在出售組件時提供相應的PID測試報告。
對逆變器而言,主要有以下三種解決方案:
(1)采用負極接地方法,消除組件負極對地的負壓。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,負極接地后,消除了組件對地的負壓,可以有效抑制PID現象:而針對非隔離型光伏逆變器,則需要外加隔離變壓器之后實現負極接地。
(2)采用虛擬中性點接地方案,消除組件負極對地的負壓。這種方案適用于由多臺組串式光伏逆變器構成的集中式光伏電站,通過抬升虛擬中性點的電位,使逆變器的組串負極對地電壓接近于零電位,從而實現PID抑制功能。
(3)采用正向偏置電壓方案,抑制PID效應。這種方案適用于組串式光伏逆變器構成的屋頂光伏電站,采用逆變器內置或外置防PID的修復功能模塊,該模塊由交流側來供電,在光伏組串正負極加正向偏置電壓來修復PID效應,可提供自動模式、夜間模式和連續(xù)模式三種輸出方式,一般默認為自動模式,自動模式輸出為系統(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行封裝,增大內部電池與外部電路的絕緣電阻,減少漏電流現象。
2.2組件安裝角度
在屋頂建設太陽能光伏電站,不能像地面電站那樣設計最佳傾角,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。在實際中應重點關注如下: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容量的補貼,可以通過適當降低傾角來增加容量。
2.3組件的隱裂
隱裂是晶體硅光伏組件一種較為常見的缺點,是一些肉眼不可見的纖細破裂(micro二crack)。晶硅組件因為其自身晶體結構的特性,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、檢測等進程中會受外力的作用,當參數設置不妥、設備故障或操作不妥時會形成隱裂:電池片在低溫下沒有通過預熱,然后在短時間內突然遇到高溫后脹大以致形成隱裂,如焊接溫度過高、層壓溫度等參數設置不合理。德國哈默林太陽能研究所的研究表明,發(fā)電量損失會隨隱裂的數量增加而增大。
對此,可以采取的措施包括:
(1)安裝前紅外檢查。光伏組件在裝卸、運輸、搬運、安裝過程中,未按照要求卸貨、堆放、吊裝、開箱等都有可能產生隱裂。檢查工具一般為EL測試儀,隨機抽檢比例在萬分之五左右。
(2)安裝過程中采取適當的控制措施。在搬運過程中要防止包裝箱傾斜致使組件受力不均,發(fā)生隱裂:適當增加托盤的強度,防止其因強度不夠或者泡水導致搬運過程中托盤變形,使得組件表面受力,從而產生隱裂:組件運輸過程中應嚴防叉車司機暴力裝卸、運輸車輛出現大幅顛簸:組件安裝過程中應避免單人背組件、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:組件搬運時,必須做到兩人抬一塊組件,必要時使用簡易周轉車進行整箱轉運:組件擺放時,禁止將組件放置或依靠在堅硬的不平整的表面,應做到開箱后立即安裝,避免組件散放在工程現場:安裝完成、并網之前,需要再次進行EL抽測。
(3)及時處理隱裂組件。后期運維過程中要定期進行EL測試,發(fā)現問題及時更換處理,避免其影響系統(tǒng)的整體發(fā)電效率。
2.4大數據運維技術引入
分布式光伏電站因其容量一般都不大,沒有專門的運維人員或運維人員數量很少。另外,分布式電站大都處于生產廠房的屋頂,組件容易嚴重積灰。同時,因新能源行業(yè)處在高景氣周期,運維階段還存在人員流失率高、經驗和知識不易積累傳遞等問題。
針對上述問題,可以引入大數據技術。大數據技術可以對光伏電站的生產報表進行集中化管理,根據現場實際生產情況,自動生成運維日常報表:可以對光伏電站環(huán)境監(jiān)測儀、箱變、逆變器、光伏組串等主要設備進行監(jiān)控,獲取各設備運行參數值,并通過數據分析及時確定狀態(tài)異常點,實現對各個設備的實時在線管控,進而實現設備故障智能預警。同時,采用智能手持設備以及GPs等技術,可以形成智能化運維巡檢模式,規(guī)范巡檢流程,實現高效運維巡檢,避免人為失誤的發(fā)生。
2.5線損控制
線損是指電能通過輸電線路傳輸而產生的損耗,在電力網絡中除輸電線路外,還有變壓器等其他輸變電設備也會產生電能損耗。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)電流流經有電阻的導線造成的有功功率損耗。(2)線路有電壓,而線間和線對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)計線損。統(tǒng)計線損是指根據電能表的讀數計算出來的線損,是供電量和售電量兩者之間的差值。
(2)理論線損。根據供電設備的參數和電力網當時的運行方式及潮流分布和負荷情況,由理論計算得出的線損叫理論線損,又稱技術線損,其準確程度取決于電網設備參數的準確度、代表日運行數據的合理性及理論計算的準確性。
(3)管理線損。由計量設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程中漏錯抄、錯算等原因造成的線損。
(4)經濟線損。由于變壓器實際負載率較低,配電網中的固定損耗一般在50%~70%,處于經濟負荷電流值以下運行,線路實際線損率未達到經濟線損率。當負荷電流小于經濟負荷電流時,線損率隨著負荷電流的增加而降低:當負荷電流超過經濟負荷電流時,負荷電流增加則線損也增加。因此,電網運行應保持在經濟負荷電流左右一個區(qū)域內,這個區(qū)域可以稱為經濟負荷電流區(qū)。
(5)定額線損。根據電力網實際線損,結合下一考核期內電網結構、負荷潮流情況以及降損措施安排情況,經過測算確認的標準線損指標。
對光伏系統(tǒng)而言,其線纜損耗是指由于電纜壓降導致的歐姆損耗,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,采取的主要措施包括:
(1)選擇合適的材料和線徑。銅和鋁是制造導線和變壓器中導體的主要原料,可以通過設計合理規(guī)格的導線及其線徑來達到降低線損率的目的?？紤]到鋁銅價格相差頗大,目前地面電站大都選用鋁芯電纜以降低工程造價,部分電站甚至選用鋁變壓器。因鋁銅接頭不好處理,屋頂光伏項目則較少采用鋁纜,但隨著屋面資源越來越稀少,屋面使用成本越來越高,分布式光伏使用鋁纜的案例會越來越多。同時,以降損為主要考慮因素,可以盡量選擇橫截面比較大的導線,但這意味著工程成本會相應增加。因此,分布式光伏投資方應綜合考慮,選擇最為適當的導線。
(2)匯流箱、逆變器等設備的位置盡量布置在幾何中心。在負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,在進行回流箱和逆變器的平面布置圖設計時,應盡量使主要設備居中,減少線纜的使用長度。
(3)控制線纜的運行溫度。導線溫度上升會造成電阻與線路損失,電阻隨著溫度的升高而增大,因此要設計合適的線徑,同時對外露連接線纜進行穿管保護。
(4)使用質量較好的線纜和接線端子。
2.6污染控制
組件長期暴露在室外,長期運行會有灰塵堆積,落葉、鳥糞等覆蓋,如組件附近有大樹、煙筒、水箱等形成遮擋,組件的輸出功率會有更大的下降?；覊m覆蓋造成的功率損失有時會超過10%。另外,分布式項目大都建在工廠屋頂,因為噴涂、廢氣等生產工藝,屋面會存在各種污染。波士頓大學2014年的一項研究表明了環(huán)境及其中灰塵對發(fā)電量的影響,如圖1所示。
針對污染因素的應對措施包括:(1)避開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的多余容量收益:(3)調整煙筒污染物的排放方向:(4)針對灰塵,需要加強清洗,可以根據當地環(huán)境、下雨頻率、清洗成本等因素確定清洗的頻率:(5)針對頑固污染區(qū)域,可以采用化學藥劑清洗,但清洗前應做小范圍的測試,以免組件玻璃出現損傷。2.7系統(tǒng)防腐
分布式光伏項目的全生命周期超過20年,系統(tǒng)防腐對項目的運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。一般來說鍍層越厚,全部腐蝕所需時間越長,建議熱鍍鋅厚度增加至80um以上。(2)陰極保護措施。在存在腐蝕生產工藝的工廠安裝組件時,支架可采用犧牲陽極的陰極保護措施。(3)多用螺栓連接,減少焊接數量。針對少量的焊接部位,可使用防腐蝕涂層。先用醇溶性無機富鋅底漆打底及調平: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量,并能保護中間漆。
對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,所以需要設置水平和垂直相結合的接地網。將安全接地、工作接地、防雷接地作為一個共用接地裝置,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置一圈水平接地帶,然后通過接地扁鐵引入接地體,接地體的埋設深度一般在0.6~0.8m。如果組件廠家沒有在鋁合金邊框上留有用于安裝接地線的螺栓孔,則需要重新開孔,然后用接地導線把外框和支架系統(tǒng)連接。
對屋面的直流匯流箱、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)對于沿直流輸入線路或支架系統(tǒng)侵入的感應雷,可在匯流箱內分別在正極對地、負極對地間安裝電涌專用保護器:在逆變器直流輸入端正極對地、負極對地、正極對負極之間安裝電涌專用保護器,實現差模和共模保護。
(2)光伏電站處于屋頂,占地面積較大、四周開闊,強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,從而成為雷電感應耦合通道,通過布設電纜槽盒、橋架等能對電纜起到很好的屏蔽作用。另外,對于直埋電纜,應采用穿管保護。
(3)等電位連接。等電位連接能減少防雷空間內各金屬系統(tǒng)之間的電位差。為減少組件方陣、配電設備及其電纜、送出線路之間的地電位反擊,需要在防雷分區(qū)內、分區(qū)交界處采用連接線、扁鋼等做等電位連接。
3結語
分布式光伏項目施工中遇到的技術問題眾多,本文分析了施工中常見的技術問題,結合相關資料和現場經驗,提出了相應的解決方案,可供行業(yè)人員參考。
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