光伏替代柴油機發電設備的調配與研究

【摘? 要】此套設備是安裝在大連航標處圓島燈塔站點上的光伏發電裝置，其設計額定功率為50kva。起初由240塊蓄電池組、3大片太陽板組及逆變器和中央控制系統組成。安裝完畢后空載試運行工作正常。但是，當帶負荷工作4-5小時，有時1-2小時后，中央控制系統就自動跳閘而斷電。經過多次反復試驗，結果都是如此。從設備本身沒有查找到故障原因。后來，我們通過對圓島的地理位置、特殊的自然環境等因素進行分析研究，建議廠家再配備一套完全相同的蓄電池組，與原來的電池組并接，同時調整太陽板的轉角和仰角，以增強光照強度，增加電池組的能量儲備。這樣，重新調整、調配后的光伏發電設備帶負荷試運行，工作正常。至此，光伏發電替代傳統的柴油機發電在圓島已經成功實現。

【關鍵詞】光伏發電;設備;實踐;研究

目前，光伏發電設備在全國乃至世界都有著廣泛的應用，其節能、低碳、綠色環保、以及工作穩定可靠的良好性能為大家普遍認同和接受。為什么這么成熟的光伏發電設備安裝在圓島上面，它卻“水土不服”呢？帶著這個問題，我們對島上的客觀條件及設備的配備情況進行全面綜合分析與研究，以尋求解決難題的辦法。

一、海島安裝光伏發電設備的意義和目的

國家為了保護海洋資源，減少海島對海洋環境的污染，改善海洋環境質量，決定在大連圓島進行試點，旨在把圓島修建改造成一座綠色、環保、生態的島嶼。為此，國家決定在圓島上面安裝既節能又環保的光伏發電設備，以替代傳統的柴油發電機組發電。這一設備的引入，標志著圓島將結束能耗大、費用高、易污染的柴油發電時代，從而進入新能源光伏發電時代，為今后在全國范圍內推廣綠色、生態、環保的海島建設提供了引領和示范作用。

最初設計安裝的光伏發電設備其額度功率為50kva。由3大片太陽板組、240塊單塊電壓為2v的蓄電池組以及2臺大型逆變器和中央控制系統組成。設備設計了獨特的自我保護功能。即當電池組能量消耗至容量的3成時，中央控制系統將自動跳閘斷電，從而停止逆變器工作，切斷對外供電輸出，有效地控制了蓄電池組的能量進一步釋放，以保護蓄電池組，延長其使用壽命。全套設備安裝完畢后空載試運行工作正常。但是，當加載負荷工作4-5小時，有時1-2小時后，中央控制系統就自動跳閘而斷電。經過N次反復實驗，其結果基本都是如此。也就是說，這套全新的光伏發電設備安裝完畢，投入使用卻不能正常工作，這無疑給我們提出了很大的難題。

二、光伏發電設備工作異常的原因分析與研究

為什么在陸地和西沙群島等處都能正常運行使用的設備，安裝到圓島上面就不能正常工作了呢？首先肯定的是，設備本身沒有質量問題。否則，空載運行也會異常。為此，圍繞著焦點問題展開全面分析，查找原因。

1、從設備本身查找原因

裝有中央控制系統的光伏發電設備，具有很強的自我保護功能。即當蓄電池的能量消耗至其額定容量的3成時，中央控制系統開始工作，將自動跳閘而斷電，有效地保護了電池組，控制其能量進一步釋放。經測量，電池組的容量急劇下降，所以，初步判斷，設備跳閘斷電的原因，可能是蓄電池組的能量已經不足了，并且觸及到中央控制系統的最低保護線。而蓄電池組的能量來自于太陽板組對其充電。只有當太陽板組接收充足的太陽光照射，才能將光能轉換成電能，給容量足夠大的蓄電池組充電。所以，太陽能吸收的不足和蓄電池組的儲存能量不夠，是導致設備不能正常工作的主要原因。，

那么，性能良好的光伏發電設備為什么會出現這樣的問題呢？接下來，查找原因。

2、從圓島的特殊環境查找原因

圓島是一個遠離大陸的彈丸之地，面積僅有0.032平方公里，其形狀呈略顯橢圓型。島上的氣象條件非常惡劣。風大浪高，濃霧環繞，一年四季，光照的時間非常稀少，經常幾天甚至十幾天都看不到太陽，能見到太陽都很新鮮。所以，在這樣的小島之陽光面上，找個理想的位置，安裝如此大的太陽板組是有非常大難度的，就連找個位置固定太陽板組都很困難，更談不上陽光充足的場地了。另外，為了防止太陽板組被大風刮跑，只能將其安裝的角度稍顯平緩，以減小大風對設備的沖擊。這樣以來，太陽板組的光照效果就不夠理想。本來就少有的太陽光，照在不能充分接收的太陽板組上，其接收的光能就不夠充足，所以，不足的光能轉換成電能的效率就很低。因此，給蓄電池組充電也不會很足。這樣，形成了惡性循環。總之，接收太陽能量的匱乏或不足是導致設備不能正常工作的最主要原因。

怎么辦？緊緊圍繞著能量不足這個焦點，來尋找解決問題的辦法。

三、電池組的調配和太陽板的調整

既然找到了光伏發電設備工作異常的主要原因，是太陽板組能量接收不夠和蓄電池組儲存能量不足所致，那么，就應該從上述兩方面尋找解決問題的辦法。首先，增加蓄電池組的儲備容量。給光伏發電設備再配備同樣規格標準，相同數量的蓄電池240塊，單塊電壓為2v。然后，由12塊蓄電池串聯在一起為一個分支，每一個分支的電壓為24v。240塊分成20個分支，這20個分支并聯在一起，組成蓄電池組，與原有的蓄電池組整體并聯連接，這樣以來，就可以使蓄電池組的總容量增加了一倍。

其次，適當調整太陽板組的仰角和轉角。在確保固定點堅實穩固可靠，且具有較強地防風抗風能力的同時，又能使太陽板組最大限度地接收太陽光照射。以吸收較強的太陽能。于是，開始小心細致地作以調整，盡量使太陽板組處于最佳的工作狀態。只有這樣，才能把有限的太陽光能充分地接收下來，將其轉換成電能，并給蓄電池組充電，以儲存足夠的直流電能量，為逆變器工作提供能量保證。最后，由逆變器將直流電轉變成交流電而輸出。為守島人員、設備提供工作、生活和保養用電。

經過對蓄電池組的調配和對太陽板組的調整完畢后，設備空載試運行工作正常。接著，逐漸增加負荷量直至滿負荷試運行，結果一切正常。由中央控制系統控制的跳閘斷電現象不見了。這說明蓄電池組的能量充足，逆變器工作正常。至此，50kva的光伏發電設備安裝、調試完畢，并取得了圓滿成功。各儀表盤指示均為正常。此光伏發電設備日平均發電量約為110kw，基本滿足了在島上人員工作和生活用電。從此，圓島的柴油發電機組便成為備用發電設備，而光伏發電替代傳統的柴油機發電變成了現實。

四、海島上光伏發電設備的使用維護保養注意要點

為了保證此光伏發電設備以良好的工作狀態投入運行，最大限度地保障電力輸出，增加此套設備的使用壽命，現提出以下幾點使用、維護、保養的注意事項。僅供參考

1.盡量避免幾個大負荷負載同時啟動，以減小負載對光伏發電設備的沖擊，這樣，可以延長設備的使用壽命，提高設備輸出、供電的穩定性和可靠性;

2.經常保持太陽板組表面的清潔，清除樹枝、雜草等障礙物對陽光的遮擋，以有效的接收本就稀少太陽光照，增加光能。清除霧氣對太陽板組接線頭的腐蝕，使其接觸良好;

3.經常檢查蓄電池組接線是否牢固，是否有爬堿，保持電池組表面清潔、連條、極樁、接線無銹蝕，布線整齊;

4經常檢查光伏發電設備是否有效地接地，避雷設施是否完好，確保雷雨天設備、人身安全，避免雷擊事故的發生;

作者簡介：

任靈欽（1963-），男，漢族，遼寧省大連人，交通部北海航海保障中心大連航標處助理工程師。

（作者單位：交通部北海航海保障中心大連航標處）