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光伏电站建设及运营管理
光伏电站运维
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摘要：.....................................................................................................................................................1 关键词：.................................................................................................................................................1
一、光伏发电的原理及组成.................................................................................................................1
（一）、光伏发电的原理.................................................................................................................1
（二）、光伏电站的组成.................................................................................................................1
二、光伏电站的建设.............................................................................................................................3
（一）、光伏组件的选择.................................................................................................................3
（二）、电池板支架的种类及说明.................................................................................................4
三、电池板安装上的区别及对发电量的影响.....................................................................................4
（一）、电池组件电路原理进行分析.............................................................................................5
（二）、遮挡对竖向放置组件影响.................................................................................................5
（三）、遮挡对横向放置组件影响.................................................................................................5
四、光伏电站的运行与维护.................................................................................................................6
（一）、光伏电站电池板的清洗.....................................................................................................7
（二）、对每个季节清洗的频率即方法进行分析.........................................................................7
（三）、植被遮挡对发电量的影响及解决方案.............................................................................8
（四）、电站进行增容增加发电量.................................................................................................8
（五）、其他可以提高发电量的方法.............................................................................................8
五、结论.................................................................................................................................................8
六、参考文献.........................................................................................................................................9
光伏电站建设及运营管理
摘要：
本文主要阐述了光伏电站在建设的过程中需要考虑太阳能电池组件的选择、支架的类型及各自的优势、太阳能电池板安装方向、对电池组件清洗的重要性及对发电量的影响。光伏电站运行维护过程中的一些内容。如何提高光伏电站发电量的及未来如何使光伏电站的发电效率更高。如何使光伏电站在运行维护的过程中所使用的费用更低进行了探讨。
关键词：
光伏电站运维、光伏电站建设、提高发电量
一、光伏发电的原理及组成（一）、光伏发电的原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池组件。太阳能电池经过串联后进行并联可形成大面积的太阳电池组件，再配合上逆变器等部件就形成了光伏发电装置。
（二）、光伏电站的组成光伏电站的组成：电池板组件，汇流箱、逆变器、升压箱变、电缆汇集箱、高压开关柜、输电线路，各个通讯软件及继电保护装置。
各个部分的主要功能及作用，以嘉泽光伏电厂为列
电池板组件：光伏组件是光伏电站电能的来源，其输出电能的多少直接影响系统发电量。光伏组件影响发电量的因素主要包括：异物覆盖、组件运行异常、组件连接电缆接触不良等因素。光伏组件必须定期巡检，检查异物覆盖情况，以确定是否需要清洗：通过后台检查电压及电流变化情况确定组件或连接电缆异常情况。
汇流箱：一个汇流箱是多架电池板电流的第一个并联点，其内部包含了整个汇流箱 的通讯装置、该汇流箱的断路器、避雷器、每一支路的保险。汇流箱是大型地面电站中不可缺少的一部分。
逆变器：并网逆变器是光伏发电的关键设备。现在国内的逆变器产品多数技术比较成熟，生产工艺也相当的到位，但仍然有些问题需要改进，以进一步的提高逆变器的稳定性，尤其是大功率的逆变器。现在就拿嘉泽光伏500KW逆变器来说吧，如果有一台逆变器发生故障停机，对对发电量的影响少则几百度，多则几千甚至会上万度的损失。
过温保护问题：逆变器IGBT模块是实现DC/AC转换的核心部件，同时也是逆变器内的热源中心。高负荷运行时，该模块在强制风冷的情况下温度仍能高达60摄氏度左右，该温度对IGBT模块来说自然允许范围内，但对IGBT驱动板来说温度已经非常高了，温度太高会导致驱动板上电子元件多数变形，影响逆变器的寿命。逆变器IGBT驱动板损坏会导致IGBT故障报警、逆变器停止运行严重影响了系统发电量。建议逆变器厂家对驱动板与IGBT的间距增大，或者用其他方法改进逆变器的散热情况。嘉泽光伏电站逆变器存在的问题：
从过温问题分析我们可以看到逆变器的散热是非常关键的一部分。针对嘉泽光伏电站的逆变器的散热情况而言，我建议对逆变器的IGBT散热风机进行改进。现有的逆变器散热风机控制模式为：由PT100测点测出的温度信号传给风机控制板，风机控制板然后发送指令让继电器动作使风机开始转动散热。如果将逆变器的散热电路改成或门电路那么我们的逆变器在散热情况下就会更有保障了。我的方案是：如果给每台逆变器的IGBT安装一个热敏开关，将热敏开关与风机的电源及控制线连接起来，将会很大程度的减少了逆变器因过热造成的故障。此问题可以由光伏二期4-2逆变器可以明显的体现出来。本站逆变器存在的一个问题就是误报信息，逆变器在自检的过程中会报一些IGBT故障之类的信息。通过现场检查发现并没有故障，故障复位后设备运行正常。这样的结果会使逆变器直接停机或者运行中的逆变器突然停机，这会电站内的发电量造成一定的损失。因此我建议逆变器厂家对逆变器软件系统进行升级。
调节启动电压：由于光伏组件的工作电压达到一定的值后逆变器才可以开始工作，如果我们将逆变器的启动电压调的更低一些那么逆变器在光线比较弱的情况下还可以工作。还有一种情况是在逆变器启动电压不变的情况下可以将电池组件进行加装，现在我们的一架电池板是二十块，如果我们将一架电池板的安装成二十二块甚至是二十四块，那么这个组串电压就相对的升高。这种情况下能够取得最大的效果就是每天早晨逆变器能够早早的开始工作，到晚上的时候逆变器可以很晚的时候在停止工作。能够提高一部
分发电量。
升压箱变：我站使用的是三绕组的升压相变，它的主要功能就是将逆变器输出的270V的的交流电至35KV的交流电。
电缆汇集线及高压开关柜：电缆汇集线是将几个逆变器升压后的交流电汇集在一起通过高压开关柜接入35KV母线，在建设光伏电站的前期应该明确汇集线的条数，一般情况下4—5MW接入一个开关柜最为合适。这样可以防止某一汇集线路发生故障后可以尽量缩小停电范围，减少发电量的损失。
二、光伏电站的建设
光伏电站与常规的发电项目比较，有其自身的特点。不同的光伏组件不同的安装方式以及运营中系统的管理方式都会影响到系统的运行效率及最终发电量。我们在建设光伏电站的时候首先要选择好使用哪个种类的电池组件、使用哪个种类的光伏支架、明确电池板的安装方向。
（一）、光伏组件的选择
光伏组件作为光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣对整个光伏发电系统的发电性能将产生直接影响，目前基本上都使用单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅（薄膜）组件、砷化镓电池组件。
薄膜电池组件：薄膜是在不同衬底上附着非晶态硅晶粒制成的，工艺简单，成本低廉，便于大规模生产，其规模化量产的转换效率为10%左右，但汉能控股集团现在对外宣布的是光伏组件转换化率已经达到了14%，这个数字有待考证，薄膜电池组件具有弱光性好，受高温影响小等优点，因此在近几年受到人们的普遍重视，得到了快速的发展。但由于材料引发的光致衰减效应，特别是单结的非晶硅光伏组件，稳定性高。薄膜电池板还有一个问题就是吸附经典灰尘的能力大于晶硅电池板，因此汉能光伏电站在每年中清洗电池板的次数也就是2-3次。
晶硅电池组件：单晶硅组件是采用单晶硅片制造的光伏组件，这类光伏组件发展最早，技术也最为成熟。其性能稳定，转换效率高，目前规模化量产的商品电池效率已达16%～18%。多晶硅组件的生产工艺与单晶硅基本相同，但由于生产多晶硅的硅片是由多个不同大小、不同取向的晶粒构成，因而多晶硅的转换效率要比单率已经达到15%～17%。目前，国内主流组件厂家的单晶硅组件和多晶硅组件其转换效率和价格都趋于同一水平，因此对于同等容量的光伏电站，采用这两种组件无论从造价还是发电量而言，没有什么
差别，只是理论上来讲，单晶硅组件在功率衰减、温度效应等方面优于多晶硅组件，但从实际应用方面来看，还需要一个较时间的实际运行数据予以验证。
砷化镓电池组件：按照最新有关光伏报道，国电光伏砷化镓电池效率已达到34.5%，创全球最高纪录国电光伏科技创新再获新突破，柔性薄膜砷化镓电池顺利通过德国Fraunhofer ISE检测机构认证。经检测，国电光伏柔性薄膜砷化镓电池转换效率达到34.5%（AM1.5G），是目前世界上已报道的效率最高的柔性薄膜太阳能电池。通过国电光伏自主研发的独特工艺，该电池制造成本比传统高效率砷化镓电池降低50% 以上，可为航空设备、移动电子设备、可穿戴设备、物联网设备提供最佳性价比的可持续能源动力。针对转换率如此高的电池组件安装一部分作为试验电站。
对于电池组件衰减的问题现在还没有一定的数据进行验证，但是通过对光伏电站的工作经验，现在可以发现薄膜电池组件的刚运行的前两年的衰减比较严重，但是在后期的运行中电池组件的衰减度将逐渐的变小，薄膜电池组件不存在热斑效应，所以在电池组件表面不是太干净的情况下对发电量的影响也不是太大。晶硅电池板发电转换效率较高、运行初期的衰减度较小，但是在运行几年后电池组件的衰减会不断的增大。晶硅电池组件的热斑效应对电池组件寿命影响较大。因此我们在正常运行的过程中应定期对电池组件进行巡检，发现电池组件脏污的情况下对电池组件进行清洗。
（二）、电池板支架的种类及说明
固定式安装：目前技术最成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装。水平单轴跟踪：水平单轴跟踪的转轴与地面所成角度为0，理论上水平单轴跟踪方式较固定式安装其发电量可提高20-25%，但其造价也要比固定式的高。
斜单轴跟踪：为了综合上述两种方式的优点，在尽可能提高系统发电量的同时，又充分保证系统支架稳定性，又应运而生了一种斜单轴跟踪方式，实际上它是固定式和水平单轴的综合体。该方式单轴的转轴与地面所成角度一般小于当地纬度，这样相对于水平单轴跟踪方式，由于单轴的转轴与地面呈一定的倾斜角度，能够更多的提高系统的发电量。
双轴跟踪：双轴跟踪系统，是方位角和俯仰角两个方向都可以运动的跟踪系统，双轴跟踪系统可以最大限度的提高太阳能设备利用太阳能的效率。理论上采用双轴跟踪可提高年均发电量35%～45%。
三、电池板安装上的区别及对发电量的影响
在光伏电站中，我们经常看到有的电站电池板竖放---每个支架放两排组件，而有的电站选择电池板横放---每个支架放四排组件。很简单的两种摆放方式，似乎都一样，但仔细研究一下，电池板的横放与竖放对发电量会有不一样的影响。下面将展示横放与竖放的两个图片：
图1 电池板竖放 图2 电池板横放
（一）、电池组件电路原理进行分析
现以嘉泽光伏电站所用的250Wp晶硅电池板为例，每块电池板由60片小片组成，其中每20片构成一小串，每串都有一个旁路二极管。当电池组件出现局部遮挡或损坏时，容易出现热斑效应不能发电。这时，旁路二极管导通，让其它正常的电池片所产生的电流从二极管通过，使太阳能发电系统继续发电。
早晚遮挡对横/竖向电池板影响早晚前后排遮挡时，阴影呈和地面平行的带状遮挡。早晨遮挡阴影从上到下逐步移出电池板，下午遮挡阴影从下到到上移动，最后遮挡全部电池板。
（二）、遮挡对竖向放置组件影响
图3为竖向早晚遮挡情况图，60个电池小片下面的部分电池小片被遮挡示意图。通过图3可以看到每小串电池都有电池片被遮挡，所以电池组件的最大输出电流由被遮挡的电池片限制。会很大的减少了电池板的发电效率。
（三）、遮挡对横向放置组件影响
图3 图4 图4为横向早晚遮挡情况图，60个电池小片下面的部分被遮挡。由于单元电池片的输出电流与光照强度有关，被遮挡单元的输出电流将急剧下降。但由于该单元有旁路二极管，整个电池板的输出电流将从二极管中流过。如图8中红线所示，这样电池板的输出为两个没有受遮挡的电池片组，表现为输出MPPT电压降低为原来的2/3，输出MPPT电流不变，电池板还有接近2/3的输出功率。
第一小串电池有被遮挡电池片，所以该小串的最大输出电流由被遮挡的电池片限制。可另外2小串没有被遮挡电池片，依然可正常输出电流。其它2小串的电流从第一小串的旁路二极管流过。这样电池板的输出为另外两个没有受遮挡的电池片组，表现为输出MPPT电压降低为原来的2/3，输出MPPT电流不变，电池板还有接近2/3的输出功率。由于电池片的电流与光照有直接的关系，所以整个电池板的输出功率还是非常大。
在我国西北陕甘宁地区，冬季会存在早晚阴影遮挡。据统计，电池板竖向摆放因阴影遮挡每天损失发电量约50~200度/MW，电量损失约3%，长期运营下来其电量损失对业主来说不是一笔小数目。而横向放置和竖向放置从支架到施工成本基本相同，电池板间直流线缆理论上横向相比竖向略长，电池板间连线可以根据现场需求向厂家订货。所以，在光伏电站中，电池板横放且使用组串式逆变器在早晚遮挡时相对电池板竖向摆放能够提供更多的输出功率，从而提升发电量，增加光伏电站的经济效益。
四、光伏电站的运行与维护
光伏电站的日常运行与维护光伏电站的运行管理无行业标准可借鉴，必须要组织技术人员结合电站系统、设备的实际特性，制定电站运行、检修规程，建立光伏电站
运行管理制度、设备管理制度，绘制系统图，以规范运行程序化操作，并在实际工作中不断加以修改和完善，保证设备的长期、安全、稳定和经济运行。
（一）、光伏电站电池板的清洗
太阳能电池电池板是光伏发电系统的核心组成部分，也是光伏发电系统中价值最高的部分，其电池板的清洁程度直接影响着太阳能电池组件的发电转化效率及电池板使用寿命，因此在光伏发电企业中光伏电池板的清洗也成为了一大难题。现在的好多光伏电站存在这样的一个问题，那就是在何时清洗电池组件较为合适。有些电站在刚清洗完电池组件两三天就出现了大风沙的现象，造成了电池组件上覆盖了一层灰尘没有达到清洗的效果。虽然随着科技的发展，有很多清洗设备的出现，但在实际清洗过程中受到很多因素的限制，如：场地平整程度、费用过高等，无法大规模应用于电池组件的清洗工作。曾经有人发明了一种清洗汽车，这种清洗汽车在较为平整的场地清洗的效果相当的好。在起伏比较大的戈壁滩效果就是那么的明显。目前电池组件清洗采用水车加高压水枪组合的人工水清洗方法，此方法虽然实用，但如何准确把握清洗时间，减少不必要的清洗，降低成本是一大难题。根据现有的光伏运行经验和宁夏本地的季节变化及发电量分析，不同季节可以调整清洗的时间和次数。
（二）、对每个季节清洗的频率即方法进行分析
1.春季：因该光伏电站所处宁夏红寺堡，春季风沙天气严重，在此季节里电池组件灰尘较多，但组件表面以浮尘为主，用水冲洗即可，另外随时关注天气情况，风沙过后进行清洗即可，可根据电池板的清洁程度适当的增加或减少清洗次数。可能会考虑到本电站的用水困难问题，我建议电站内部可以自钻水井配备水车进行清洗。这样可以大大减少电站的维护费用。
2.夏季：夏季电池组件表面污垢主要以鸟粪等顽固污垢组成，用水冲洗不足以彻底清除，因此在鸟粪等顽固污垢较多时需要配合人工擦拭，可根据现场实际情况进行，因光伏组件的转换效率与温度有直接关系，温度越高转换效率越低，夏季加强水冲洗次数，也可以适当的降温，增加发电量，但应避过中午等温度过高的时间，以防止组件因热胀冷缩造成的损坏。
3.秋季：秋季在该站所处位置属于多雨季节，因雨水关系组件表面污垢较少，只在雨水较少或组件表面污垢较严重时清洗，同时根据组件表面情况，适当的减少清洗次数，每月清洗1 次即可。
4.冬季：冬季因天气寒冷不适合用水清洗，冬季电池组件清洁主要以擦拭为主，冬季组件清洁工作不易太多，每月擦拭清洗1 次即可。
（三）、植被遮挡对发电量的影响及解决方案
光伏电站都在建设在运行1-2年的后将会出现厂区内的杂草生长比较旺盛的现象，部分杂草的长势会超过电池板的高度从而影响光伏电厂的发电量。与此同时我们应该制定一定的除草措施，确保发电量的提升。夏季除草的方式有：
1、用人工背负式打草机进行除草。
2、在每年的五月到六月之间对杂草进行喷洒除草剂抑制杂草的生长。在冬季除草工作还对防火工作起到一个非常重要的作用。
（四）、电站进行增容增加发电量
对于一个在建或者并网的光伏电站，因在做电站设计的过程中只能等容量或者只能多装1MW的电池组件。如果我们在建设电站的时候预留一些空地，将电站内的逆变器、电缆、以及高压开关柜的容量稍微选择大一些，在电站并网后利用这部分空地增装1-2MW的电池组件将对电站的发电量有很大的作用。在增建电池组件的时候为了避免造成对原有电缆的损伤，我建议在地基平整后使用条形基础。
（五）、其他可以提高发电量的方法
在日常的运行中除了清洁光伏组件调高发电量外，不断的提高光伏电站的维护水平，从细节入手，对发电量的提高也是至关重要的，如定期检查光伏组件间的连线，方阵汇流箱内的连线对于松动的部位及时的紧固，检查光伏组件有无损坏或者异常，如有损坏、热斑等应及时更换；定期清扫逆变室及对逆变器进行吹灰维护工作。提高运维人员技术水平，完善备品备件，设备故障时及时消缺，减少故障损失电量等。在电池板比较脏的情况下，清洗作业应选在没有阳光的时候或在早晚进行，避免在光伏组件被阳光晒热的情况下用冷水清洗，防止电池板表面的玻璃爆裂。因为这样会使光伏组件玻璃盖板的使用寿命降低。
五、结论
本文首先阐述了光伏电站的发电原理和组成部分，描述了光伏电站内各设备的作用及嘉泽光伏电站设备的问题，结合本站的设备存在的问题提出了一点建议。然后描述了光伏电站的在建设的过程中对电池板的选择，应尽量选取转化率较高成本较低的电池板。光伏电站在建设的过程还应考虑电站所使用支架的选择、电池板的安装方向等方面的因素。这些因素都对光伏电站的发电量有一定的影响。最后描述了光伏电站在运行过程中
需要注意的事项，电池组件的清洗问题进行探讨，这些都与光伏电站的发电量和收入有着较大的影响。
六、参考文献
[1]周志敏、纪爱华，太阳能光伏发电系统设计与应用实例，北京；电子工业出版社。[2]太阳能光发电协会编.太阳能光伏发电系统的设计与施工。[3]沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术。
