漁光互補(bǔ)光伏電站發(fā)電效率提升方案的研究

郭培育 于仲安

摘 要：通過對目前已投入運(yùn)行的中東部地區(qū)漁光互補(bǔ)光伏電站發(fā)電量進(jìn)行對比研究，總結(jié)歸納出影響發(fā)電效率的溫度、遮擋、線損等各種損耗因素。重點(diǎn)闡述漁光互補(bǔ)光伏電站在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工管理、運(yùn)行維護(hù)等重要環(huán)節(jié)中提升發(fā)電效率的解決方案。

關(guān)鍵詞：漁光互補(bǔ)；光伏電站；設(shè)備選型；運(yùn)行維護(hù)；發(fā)電效率

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0172-02

隨著我國西北地區(qū)棄光、限電現(xiàn)象日益嚴(yán)重，電力需求更大的中東部地區(qū)逐漸成為光伏電站主要發(fā)展區(qū)域。中東部依托于豐富的河流、湖泊、水庫等水面資源，將光伏組件布置于魚塘上方，下方養(yǎng)殖魚蝦，形成漁業(yè)養(yǎng)殖和發(fā)電并行的漁光互補(bǔ)的發(fā)展模式。

漁光互補(bǔ)光伏電站場站具有資源廣闊，電站整體性好，組件安裝平面整齊，朝向一致，無遮擋失配，水面環(huán)境散熱條件好等優(yōu)點(diǎn)，有利于提升組件發(fā)電量。組件對水面的遮擋，減少了水量蒸發(fā)，有助于養(yǎng)殖生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)[1]。本文主要研究漁光互補(bǔ)光伏電站發(fā)電效率提升方案。

1 漁光互補(bǔ)光伏電站發(fā)電效率的影響因素

1.1 溫度影響損耗

在高溫環(huán)境下，組件輸出功率會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象。一般而言，溫度每升高1℃，組件輸出功率下降0.4%。此外，不同的光伏組件，溫度系數(shù)不同，對組件輸出功率影響也有差異。

1.2 灰塵、植被等遮擋損耗

灰塵覆蓋對光伏組件的發(fā)電量有直接的影響，灰塵密度越大，發(fā)電量下降越多，如：灰塵在靜態(tài)下密度達(dá)到12.64g/m3時(shí)，發(fā)電量階段性下降高達(dá)20%[2]。另外，由于魚塘環(huán)境適宜，蘆葦?shù)戎参锷L速度非常快，其對組件的遮擋也會(huì)嚴(yán)重影響組件的發(fā)電效率及壽命。

1.3 陰影遮擋及不可利用光損耗

陰影遮擋包括近端及遠(yuǎn)端陰影遮擋，近端陰影遮擋通常由于前后排陣列間距不合理引起，遠(yuǎn)端陰影遮擋通常由于項(xiàng)目選址存在遠(yuǎn)處山體、高聳的建筑物造成。對于陰雨天及傍晚光線較弱情況下，弱光性差的組件將無法持續(xù)發(fā)電。

1.4 光伏組件不匹配造成的損耗

不同光伏組件的工作電流、電壓均會(huì)存在一定的差異，當(dāng)接入到同一路MPPT太陽能控制器時(shí)，跟蹤電流會(huì)受最小輸出工作電流影響，限制了其他組件輸出能力，從而形成失配損失。

1.5 直、交流線損

線損與導(dǎo)線電阻率、長度、電流、溫度、時(shí)間有關(guān)，因此，合理選擇電纜的規(guī)格并通過優(yōu)化光伏方陣布置方案，減少交、直流電纜的長度，可有效降低交、直流電纜損耗。

1.6 逆變器、箱變等設(shè)備效率損耗

逆變器、箱變等設(shè)備在運(yùn)行或待機(jī)狀態(tài)時(shí)均存在自身用電損耗以及效率損失。對于技術(shù)落后及質(zhì)量較差的設(shè)備，其自身用電損耗更大，設(shè)備效率損耗更加明顯。

1.7 其他因素

現(xiàn)場施工過程中對設(shè)備造成損壞，如組件的隱裂，箱變因顛簸而漏油等情況。運(yùn)行維護(hù)期間由于枯水期水位低或橋架的阻擋，導(dǎo)致船只無法第一時(shí)間進(jìn)入故障區(qū)域，導(dǎo)致無法及時(shí)恢復(fù)發(fā)電；魚塘屬于高濕度環(huán)境，水鳥較多，組件表面因鳥糞導(dǎo)致的遮擋現(xiàn)象嚴(yán)重，易導(dǎo)致組件失配甚至熱斑故障等因素。

2 漁光互補(bǔ)光伏電站發(fā)電效率要點(diǎn)分析

2.1 光伏支架基礎(chǔ)及陣列間隔設(shè)計(jì)

（1）光伏支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。支架樁基除了計(jì)算常規(guī)的抗壓承載力、抗拔承載力及水平承載力外。還需核實(shí)樁身在標(biāo)準(zhǔn)組合下的抗裂彎矩是否滿足，此項(xiàng)主要是水對腐蝕樁的耐久性考慮[4]。

考慮到魚塘底部淤泥及粉質(zhì)黏土層承載力較低，不宜采取開挖工作量較大的人工挖孔樁或獨(dú)立基礎(chǔ)。且場區(qū)地勢低洼，排水條件較差，光伏支架基礎(chǔ)建議采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。通常預(yù)應(yīng)力管樁直徑300mm，成樁長度可長可短，現(xiàn)場可根據(jù)施工作業(yè)面靈活搭配，保證光伏陣列高度整齊劃一，有助于減少陰影遮擋[5]。在確定預(yù)應(yīng)力管樁標(biāo)高時(shí)，也應(yīng)考慮運(yùn)行維護(hù)時(shí)檢修船只通行的需要。

（2）考慮到養(yǎng)殖生產(chǎn)的需要，建議漁光互補(bǔ)光伏電站在前后排陣列正常間距的基礎(chǔ)上加大0.3～0.6m，該做法一方面能夠避免由于近端陰影遮擋影響發(fā)電效率，另一方面不致使魚塘水溫過低對水產(chǎn)帶來的不利影響。

2.2 光伏組件選型

鑒于漁光互補(bǔ)光伏電站高濕鹽霧環(huán)境的特點(diǎn)，組件選型建議如下：

（1）必須具備良好的抗PID性能，且關(guān)鍵原材料的選用應(yīng)充分考慮對水面的適應(yīng)性。

（2）選擇合適溫度系數(shù)的組件，盡可能有效地降低由溫度引起的發(fā)電量損失。

（3）設(shè)計(jì)選型及采購技術(shù)協(xié)議中應(yīng)明確要求廠家做好組件的電流分檔，降低組件失配。

（4）相較于市場上的一般組件，雙玻組件具有壽命更長、衰減率更低、絕緣性能更好，且透水率遠(yuǎn)小于普通組件的優(yōu)點(diǎn)。對目前已投運(yùn)的雙玻雙面發(fā)電組件的漁光互補(bǔ)光伏電站進(jìn)行跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，組件背面的增益達(dá)到了10%以上。

（5）組件本身及連接件應(yīng)具備良好的防護(hù)等級。

2.3 箱變、逆變器的選型

漁光互補(bǔ)光伏電站箱變盡可能采用干式變壓器，以減少因漏油帶來的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)；由于魚塘地塊一般較為集中，平坦，光伏陣列高度整齊劃一，組件間遮擋現(xiàn)象基本不存在的特點(diǎn)，逆變器類型既可以選擇集中式也可以選用組串式。

（1）集中式逆變器：1）建議與箱變放置于同一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)上。應(yīng)盡量安裝于光伏方陣中間位置，以節(jié)約電纜，降低線損。2）推薦采用箱逆變一體化裝置，該裝置省去了箱變低壓側(cè)設(shè)備、箱、逆之間的電纜，電纜溝等。隨著設(shè)備更加的緊湊，相應(yīng)地基礎(chǔ)尺寸也減小。3）盡可能將光伏方陣布置成大容量。例如，某總?cè)萘繛?6MW的光伏電站，按照1MWp/方陣進(jìn)行劃分，則共有16個(gè)方陣，相應(yīng)地，箱、逆變設(shè)備及基礎(chǔ)均需要16套，而若單方陣容量為1.6MWp，則箱、逆變設(shè)備及基礎(chǔ)只需要10套。經(jīng)過綜合比較，能夠大幅降低度電成本。

（2）組串式逆變器：1）組串式逆變器以組串為單位，將多個(gè)光伏組串接入到一臺(tái)逆變器，多臺(tái)逆變器接入交流匯流箱，匯流后接到箱變低壓側(cè)。該類型逆變器主要優(yōu)點(diǎn)為利用多路MPPT跟蹤每個(gè)組串的最大功率點(diǎn)[6]。2）采用組串式逆變器的光伏系統(tǒng)，省去了直流匯流箱和直流配電柜，將組串直接連接到逆變器，節(jié)省了大量的直流電纜，減少了直流線損。3）魚塘的高濕度環(huán)境，加劇了組件的PID衰減。組串式逆變器可自動(dòng)檢測組件電勢，主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)工作電壓，采用虛擬接地技術(shù)，保證負(fù)極對地正偏壓，有效規(guī)避了PID效應(yīng)。4）組串式逆變器直接立式安裝于管樁上，無需單獨(dú)設(shè)置電氣設(shè)備平臺(tái)。5）通訊方式可采用無線PLC，該方式無需額外敷設(shè)通訊線，節(jié)省了材料成本及安裝、調(diào)試費(fèi)用。

2.4 電纜及橋架設(shè)計(jì)

（1）加粗電纜線徑以降低線損，提高發(fā)電效率。

（2）電纜敷設(shè)方式以橋架為主，雖然有橋架保護(hù)，考慮到周邊水域環(huán)境，建議選擇鎧裝防水電纜，以免被蟲鼠破壞。

（3）考慮電纜散熱，增加載流量，優(yōu)選梯形橋架。

（4）為了保證豐水期及枯水期的運(yùn)維工作順利通行，需要充分考慮橋架安裝高度。

2.5 漁光互補(bǔ)配套設(shè)計(jì)

漁光互補(bǔ)項(xiàng)目的漁業(yè)養(yǎng)殖方面存在大量的實(shí)際問題，真正實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖與發(fā)電雙收益的電站不多。如：捕撈及投飼料管理不便；清淤、曬塘、消毒比較困難，漁溝開挖空間受限等等。因此，在初期設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)應(yīng)全面考慮漁業(yè)養(yǎng)殖需求，將養(yǎng)殖用電、通道、水體環(huán)境、人員安全等因素納入設(shè)計(jì)范疇，以便于進(jìn)一步增加電站經(jīng)濟(jì)收益。

2.6 規(guī)范化的施工管理，嚴(yán)把質(zhì)量控制關(guān)

（1）做好原材料到場開箱檢查，從源頭上控制質(zhì)量。委托有資質(zhì)的檢測單位，及時(shí)進(jìn)行材料取樣、送檢等報(bào)驗(yàn)工作，提供設(shè)計(jì)配合比、試塊強(qiáng)度、各種原材料出廠合格證、主要材料復(fù)試報(bào)告[7]。

（2）施工安裝過程中，加強(qiáng)設(shè)備的成品保護(hù)。光伏組件是光伏電站最重要設(shè)備之一，其制作工藝精密，在裝、卸貨、運(yùn)輸、二次搬運(yùn)、安裝等環(huán)節(jié)，均容易造成組件劃傷、磕碰、裂縫等外觀損傷，以及內(nèi)部隱裂[8]。因此，在組件到場安裝之前及安裝完成后，應(yīng)及時(shí)組織專業(yè)的第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)場檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換有問題的組件。

（3）加強(qiáng)施工工藝和方案的控制，做好隱蔽工程和轉(zhuǎn)序驗(yàn)收工作[2]。若樁基礎(chǔ)的軸線、高度偏差比較明顯，未進(jìn)行整改處理而轉(zhuǎn)入組件安裝工序，安裝后的組件將出現(xiàn)相鄰遮擋的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響發(fā)電量，且后期幾乎無法進(jìn)行消缺整改[9]。

2.7 運(yùn)行維護(hù)

目前漁光互補(bǔ)光伏電站主要依賴傳統(tǒng)的人工劃船進(jìn)行巡檢，該方式難度大，效率低、人員安全無法有效保障。建議采用以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理以及云計(jì)算為基礎(chǔ)的一站式光伏電站運(yùn)維管理監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程集控相結(jié)合，能夠進(jìn)行電站故障的精準(zhǔn)定位[10]。

此外，應(yīng)積極改進(jìn)運(yùn)維方式，引進(jìn)新的檢測維護(hù)設(shè)備。如：引入無人機(jī)對組件進(jìn)行紅外檢測，以判別是否存在隱裂及熱斑現(xiàn)象；利用紅外熱成像儀對電氣設(shè)備母線、電纜壓接處、送出線路刀閘等位置進(jìn)行例行測溫，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)予以更換；如將機(jī)器人用于組件日常清洗環(huán)節(jié)中。經(jīng)過運(yùn)行數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常使用機(jī)器人對組件進(jìn)行清洗可使發(fā)電量提升10%。

3 結(jié)語

本文對大量已投產(chǎn)的光伏電站的影響發(fā)電效率因素進(jìn)行總結(jié)分析，著重從項(xiàng)目的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、漁光互補(bǔ)配套設(shè)計(jì)、施工期質(zhì)量控制、運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行了改進(jìn)探討。并提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。隨著國家新的光伏補(bǔ)貼政策出臺(tái)，在光伏發(fā)電越來越接近平價(jià)上網(wǎng)形勢下，通過項(xiàng)目的全過程優(yōu)化提高發(fā)電效率，更多是生存需要，雪中送炭。

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