光伏系統整體設計風險分析

(樂山職業技術學院 四川 樂山 614000)

一、引言

在全球氣候變暖趨勢嚴重，海平面逐漸上升，化石能源遭遇危機，環境破壞愈發嚴重的生態環境壓力下，全球氣候協議《巴黎協定》于2016年11月4日正式簽訂，這標志著世界各國就共同應對氣候變化達成政治共識，同時也傳遞出全球各國積極推進可再生能源產業發展的決心。同時，習總書記也多次提出，中國要堅持創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，大力推進綠色循環發展。我國也制訂了綠色低碳能源發展目標：到2030年，非化石能源占一次消費能源比重達到20%左右，單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降60%-65%。在眾多的可再生能源中，太陽能因其分布廣、潔凈、取之不盡等優點，備受世界各國關注，近些年來得到了迅猛發展。按照“十三五”規劃內容，到2020年預計我國的光伏裝機量將達到 1.5 億千瓦。隨著光伏電站的裝機規模越來越大，光伏系統的整體設計風險也愈加突顯。

二、光伏組件選型風險

光伏組件的類型多種多樣，其中常用于建設光伏電站的有單晶硅太陽電池組件、多晶硅太陽電池組件、薄膜太陽電池(非晶硅、銅銦鎵硒、鏑化鎘等)組件以及高倍聚光太陽電池組件。且不同的光伏組件的工作效率、特性、適用環境以及價格都有所不同。例如：薄膜光伏電池多用于附著建筑物表面，其柔性好，外觀美，但光電效率比晶體硅太陽電池的效率要低；再例如聚光太陽電池組件光電轉換效率雖然高，但這種組件需要另外配備一套包括聚光器、散熱器、跟蹤器及機械傳動等結構的聚光系統，這樣又會增加項目預算成本，投入與產出比太低。因此我們要根據項目實際地理位置、地理條件、規劃占地面積、電站容量、預算成本等因素去進行一個全面的、科學合理的規劃，從而避免給后期光伏電站建設帶來風險隱患。

三、安裝方式選擇風險

光伏組件常見的安裝方式有固定式、單軸跟蹤式和雙軸跟蹤式等，其中單軸跟蹤系統和雙軸跟蹤系統由于可以追蹤太陽的角度，所以可大大提高光伏組件發電量。但根據科研工作者的大量統計數據分析得出：與固定式光伏系統相比，單軸水平跟蹤系統可以提高約40%的發電量；單軸跟蹤傾緯度角系統可以提高約51%的發電量；雙軸高精度跟蹤系統可以提高 56%的發電量。但無論是單軸跟蹤還是雙軸跟蹤系統，目前技術水平并未十分完善，旋轉系統程序錯誤或發生機械故障的風險較大，該風險一旦發生，反而可能會使發電量大大降低，同時跟蹤式前期建設投入成本高，后期運維難度大，使用壽命也無法預估，收益風險大。固定支架雖然發電效率相對較低，但其不僅前期投入低，而且結構簡單、工作可靠、安裝運維方便、使用壽命長，收益風險相對要小。

四、組件的安裝設計風險

光伏組件科學合理的傾角及方位角設置，可以使光伏發電系統獲得最優的斜面輻射量，從而提升整個光伏電站的發電量。科學合理的光伏陣列間距的設計，可以保證前排陣列不對后排陣列造成陰影遮擋，從而有效避免熱斑效應風險的發生，提高組件的發電效率；同時，陣列間距的設計還需要考慮后期運維難度問題，某些電站在設計時對運維問題考慮不足，導致后期運維難度極大，甚至無法正常運維。

五、逆變器的選型風險

光伏并網逆變器是光伏發電系統中除光伏組件外另一關鍵設備，對于光伏系統的轉換效率和可靠性具有舉足輕重的地位，逆變器的效率和可靠性直接影響整個系統的效率。逆變器的選型主要應考慮以下幾個問題。

(一)性能可靠，效率高

光伏逆變器是光伏系統中除組件之外的另一核心部件，逆變器的性能直接決定整個光伏系統的性能。如果在發電過程中逆變器自身能量消耗過多，將導致系統總發電量的損失和系統經濟性下降，因此不僅要求逆變器成本低、效率高，而且要工作可靠，并能根據目前光伏方陣的運行情況輸出最大功率。單臺逆變器容量越大，單位造價相對越低，但是單臺逆變器容量過大，會導致逆變效率的降低，而且在其發生故障時對整個系統的可靠性影響也是最大的。

(二)要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍

光伏組件的輸出電壓隨負載和日照強度以及陰影遮擋而變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內能保持正常工作，并能輸出最大功率。

(三)具有保護功能

并網逆變器還應具有孤島保護、直流反接、交流過壓、欠壓保護，超頻、欠頻保護、高溫保護，交流及直流的過流保護，直流過壓保護等保護功能和低電壓穿越能力。

(四)波形畸變小，功率因數高、防護等級高

大型光伏發電系統并網運行時，為保證系統的電能質量，要求逆變電源輸出標準的正弦波電能，電流波形必須與外電網一致，頻率一致，波形畸變小于 5%，高次諧波含量小于 3%，功率因數盡量接近于 1。

六、小結

本文針對光伏電站項目在系統整體設計中存在的潛在風險因素進行了分析識別，有利于光伏電站項目管理人員建立科學合理的項目風險評價指標體系，從而制定出有效的的風險應對策略，保障整個項目的順利實施，同時保障項目投資者的利益免受損失。