中國分布式光伏發電工程質量保障體系研究(一)

中國科學院電工研究所可再生能源發電咨詢與培訓中心 陳光明 馬勝紅 李 斌 尚永紅 劉 鑫 孫李平 張亞彬 熊 燕

一 分布式光伏發電發展現狀

1 分布式光伏發電的發展

(1)分布式光伏發電的定義和范疇

根據國家標準GB 50052-2009《供配電系統設計規范》，分布式電源主要是指布置在電力負荷附近，能源利用效率高并與環境兼容，可提供電、熱(冷)的發電裝置，如微型燃氣輪機、太陽能光伏發電、燃料電池、風力發電和生物質能發電等。

據相關書籍資料介紹，分布式發電(Distributed Generation，簡稱DG)，通常是指發電功率在幾kW至幾十萬kW(也有的建議限制在3～5萬kW以下)的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發電單元。

分布式光伏發電定義為，容量在幾kW～10萬kW范圍內，接近負荷中心、獨立運行的或接入配電網的光伏發電系統。根據Q/CSG 10012-2005《中國南方電網城市配電網技術導則》規定110kV及以下電壓電網為城市配電網。

分布式光伏發電與大型光伏發電系統相比較，具有規模適度、投資小、形式靈活等特點。分布式光伏發電系統距離負荷中心較近，發出的電能可就近消納、無需遠距離輸電，降低了輸電損失，減少了輸變電線路的設備投入和維護費用。與建筑結合的光伏發電系統還具有利用原有建筑面積，無需額外占用土地的優點。

(2)分布式光伏發電現狀

在歐洲各國，光伏發電以分布式光伏發電為主，占歐洲光伏總裝機容量的70%。目前，德國、西班牙、意大利等國開始削減光伏補貼，其中大型光伏系統和小型光伏系統區別對待。對大型光伏系統設定年度補貼上限、大幅下調補貼的同時，小型光伏系統備受優待，其中給光伏屋頂的電價補貼更高，并且項目越小補貼越高。歐洲各國光伏補貼政策的調整顯示其對分布式光伏發電的重視，在近一段時期內以發展分布式光伏發電為主。

目前，由于尚不具備遠距離輸送大規模光伏電力的輸電線路等條件，近期國內光伏發電將以發展分布式光伏發電為主。按中國的太陽能資源分布，西北部是大規模光伏電力產出地區，東南部是電力消費地區，需要大量的電力，將西北部的電力輸送至東南部地區目前尚存在困難。中國政府已經明確了光伏分布式電源發展的方向。2009～2010年，兩次推出“金太陽示范工程”和“光電建筑示范項目”，均旨在推進分布式光伏發電的大規模應用。

據中國電力企業聯合會發布的2011年第一季度全國電力供需與經濟運行形勢分析預測報告，2011年1月份全國電力供需矛盾比較突出，2、3月份部分地區有電力供應缺口，后三個季度，全國電力供需形勢偏緊，特別是迎峰度夏期間電力供應缺口可能進一步擴大，預計缺口在3000萬kW左右，建議加快電源點建設。隨著我國經濟發展，東南缺電的局面仍將在相當長時期存在，由于核電危機造成的核電發展指標下調和推遲，只能靠風電和太陽能發電來替代。在這種電力緊張的形勢下，建設適當規模分布式光伏發電可作為原有電源的有益補充。利用分布式光伏發電可發揮其建設周期短、投入運行快的特點，作為分布式電源點為負荷提供電力。由于分布式光伏的功率輸出特性與日負荷及夏季用電負荷吻合性好，適當規模的分布式光伏發電可在一定程度起到消峰的作用，十分有利于緩解電網的峰值壓力。分布式光伏發電可能會迎來發展的大好機遇。

2 分布式光伏發電工程存在的質量問題

受益于政府對光伏發電的大力支持，國外分布式光伏發電起步較早，發展較快，累計裝機容量大，市場較為成熟。盡管各國均建立了質量保障體系，控制分布式光伏發電工程質量，但還是暴露出不少質量問題。如不合格的搭建，在屋頂安裝光伏組件，支架設計不合理，支架與屋頂連接不牢固，存在著大風吹落組件的風險(圖1)；光伏組件質量不合格，積雪覆壓導致組件變形損壞(圖2)；安裝光伏組件的房屋發生火災事故(圖3)等。

圖1 支架與屋頂連接不牢固

圖2 組件被積雪覆壓導致變形

圖3 火災事故

中國光伏發電應用起步較晚，目前安裝容量不大，但近兩年在國家政策扶持和地方政府支持下，分布式光伏發電正在快速發展。由于大部分項目建成運行時間短，尚未充分暴露質量問題。然而以往的一些離網項目中已經出現過不少質量問題。如存在光伏組件質量不過關，光伏組件在使用幾年之后，出現電池片燒損斷裂、組件玻璃破碎等問題(圖4)；工程后續管理不嚴，電站遭到破壞，光伏組件被盜(圖5)、組件損壞等現象的發生。

圖4 電池片燒損斷裂

圖5 光伏組件被盜

在一些并網光伏項目中，也出現系統設計不合理，建筑物陰影遮擋光伏陣列表面，支架在1～2年就銹蝕；在系統設計時，沒有對光伏發電系統輸出特性進行分析；對于壽命期后設備的拆除、更換未作考慮；缺失設備入場檢測程序；驗收規范不全；沒有建立完善運行與管理的規范制度；后續評價機制沒有建立，存在對項目建成驗收后管控不嚴的隱患等問題。

從以上分布式光伏發電項目存在的種種問題可以看出，一些工程質量問題不僅影響了系統的正常發電，甚至存在引發嚴重事故的隱患，可能造成巨大的經濟損失。抓緊建立完善的質量保障體系，緊抓工程質量，預防由于質量問題引發的事故是必須和迫切的。

二 國外分布式光伏發電工程質量保障體系的經驗與借鑒

1 德國光伏發電質量保障體系

迄今，歐盟占據了全球最大的光伏市場，其中德國是歐盟成員國中光伏市場最大的國家。2010年，德國實際可再生能源占電力消費總量達到16.8%。其中，光伏發電裝機容量達到17.3GW，年發電量120億kWh，占電力消費總量的2%。

德國的上網電價政策有效地推動了其國內光伏市場的快速發展。上網電價法規定，電網運營單位有義務在可再生能源發電系統建成后將其接入電網，并且確保可再生能源發電系統優先接入電網，電網接入費用由光伏發電業主單位負責。電網運營單位根據政府確定的上網電價收購光伏系統在其建成后20年的發電量。業主的投資回報通過電力銷售實現，業主需要考慮其光伏系統的可靠性及發電運行情況，保證工程質量。

為了確保光伏系統的質量，德國目前關于光伏產品的認證包括VDE認證、TUV認證。認證過程采用的標準既有IEC、ISO等國際標準，也包括德國國內的光伏產品相關標準。認證的產品包括逆變器、接線盒、線纜、支架等光伏系統所需的部件。目前德國國內的TUV和VDE等認證機構不僅提供產品的認證，也開始提供系統認證，業主可根據需要自愿選擇。

RAL質量標識是德國太陽能協會提供的光伏發電系統的認證標識。具備該標識的公司，證明其提供的光伏相關產品、規劃、設計、施工以及運行維護等服務，符合RAL的相關規范和要求，并按照RAL提供的要求對其提供的產品和服務進行備案以備核查。RAL質量標識涵蓋的領域見圖6。RAL質量標識的認證不是采用新制訂的標準或規范，而是將各類與光伏發電相關的標準和規范納入其標識認證體系中，愿意加入RAL質量標識的會員單位必須經過RAL質量標識認證的審核。

RAL標識供光伏領域的投資、銀行和保險等領域免費使用，提高其建設光伏工程的效率。RAL標識對保障分布式光伏工程的質量有重要的作用。目前，很多保險公司已經將其業務擴展到光伏發電領域。

采用RAL進行質量管理的優點:

控制環節全面:RAL標識涵蓋的領域包括光伏系統相關的產品，光伏電站的規劃設計、選址、施工、運行和維護。從光伏工程中部件的采購，到系統的正常運行，全過程質量控制，將工程的風險降到最低。

操作簡便:投資者僅需要購買含有RAL標識的公司提供的產品和服務，即可實現其產品和服務符合RAL認證過程中的規范和標準。

管理成本低:成為RAL的會員后，光伏產品的生產廠商及服務提供商將按照RAL規定的要求提供產品和服務，政府部門無需介入各個工程項目的管理，節約大量的管理成本。質量的控制由產品和服務提供商自我約束和德國太陽能協會監督共同完成。

RAL在保障光伏發電系統方面發揮了重要作用。但是，仍存在以下問題:

(1)光伏市場情況與RAL的實施力度密切相關。當光伏產品是賣方市場時，RAL標識很難發揮作用。由于RAL標識的使用是企業自主加入的方式，當光伏產品處于賣方市場時，投資者如提出符合RAL要求，其采購難度會更大，因此RAL標識將很難發揮作用。

(2)RAL標識采用的產品采購等相關的文件權威性不足，公眾認可度低。RAL標識是行業組織制定的條款，非國家行政機關制定，缺乏權威性，認可度低。

(3)RAL標識會員的違規成本較低。RAL標識是企業對其提供的產品和服務的質量保證的承諾，如果違反了RAL的標識規定，違規的處罰僅是取消其會員資格。而企業會員的年費均在1000歐元以內，違規成本較低，不能有力地保護投資者利益。

2 美國光伏發電質量保障體系

目前，美國光伏工程質量是依靠市場來調節和管理的。如果光伏工程的質量不過關，質量差，那么這些公司很難生存。因此，企業將光伏工程的質量作為生存的必要條件。

美國國內的光伏標準包括ASME、IEEE、NEC、SEMI、UL等標準。標準涵蓋的領域包括光伏組件、逆變器、電網接入、安全要求、建筑房屋等光伏系統相關的各個方面。光伏發電系統的安裝和使用過程中的安全問題是美國標準中十分關注的領域，NEC標準第690章專門針對光伏發電系統安全做了規定，包括接線、標記、接地、儲能等。

加州是美國光伏發電市場規模最大，歷史最久，相關技術及制度較為完善的地區。加州公共事業委員會和參議院批準了加州太陽能行動計劃，該計劃的目標是到2017年在私人及公共建筑安裝3GW的光伏系統。為了高質量的完成該計劃，確保光伏發電工程質量可靠，發電系統高效率發電，加州公共事業委員會制定了一套完整的質量管理方案。

項目的激勵政策分為一次性補貼EPBB(Expected Performance Based Buydown)和電費補貼PBI(Performance Based Incentives)兩種方式。隨著項目的實施，補貼額度逐漸降低。申請者越早申請項目，獲得的補貼將越高。對于逆變器側輸出＜50kW的光伏項目采用EPBB補貼方式，按照安裝容量的折算值進行補貼；對于逆變器輸出≥50kW的光伏項目采用PBI補貼方式，按照上網電價收購光伏系統建成后五年內的發電量。由于項目的補貼是依據光伏系統的發電量，業主必然很關注安裝、運行和維護質量來確保高的發電量，從而獲得高的電費補貼。不適合EPBB補貼方式的光伏系統，均需申請基于發電量的PBI補貼方式。

加州公共事業委員會對補貼的光伏項目提出了具體的要求，主要包括申請者、發電設備的資格、能源效率、質保、延續性、電網接入、電表、核查、項目數據庫以及其他要求。

加州太陽能行動計劃的實施流程，包括申請過程、項目安裝、電網接入和申請補貼，如圖7所示。

申請者在申請補貼時需要先提交申請，在提交申請后，政府將預留該項目所需要的款項，當光伏系統安裝并接入電網后，政府將該款項撥付給申請者。 (待續)