光伏電站的運(yùn)維

王文雅 蒲澤偉 吳敏 白珍 萬(wàn)溧 劉誠(chéng)鵬 倉(cāng)啦桑擁拉姆 吳振雙 董曉冬

（西藏自治區(qū)能源研究示范中心，西藏 拉薩 850000）

0 引言

隨著光伏電站在人們?nèi)粘Ｉ钪型斗诺脑龆啵袊?guó)光伏發(fā)電的總裝機(jī)容量居全球首位［1］。因此，其后期的運(yùn)維也越來(lái)越重要［2］。由于偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)、孤島等國(guó)網(wǎng)無(wú)法到達(dá)的地方和急需清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源的不斷枯竭狀態(tài)，為了響應(yīng)國(guó)家綠色能源等鼓勵(lì)政策，我國(guó)建造了許多光伏發(fā)電站，包括離、并網(wǎng)光伏兩種發(fā)電站。這些光伏電站，在長(zhǎng)期的投運(yùn)過程中需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)、維護(hù)，才能及時(shí)避免光伏電站系統(tǒng)癱瘓和有效減少發(fā)電效率和電能質(zhì)量的降低。

1 光伏電站簡(jiǎn)述

一套完備的光伏電站包含光伏組件、逆變器、控制器、儲(chǔ)能設(shè)備、支架等其他配件，如圖1。其電站又分為并網(wǎng)光伏電站與離網(wǎng)光伏電站。并網(wǎng)光伏電站指與市電連在一起，無(wú)儲(chǔ)能裝置，直接通過逆變器轉(zhuǎn)換成國(guó)家電網(wǎng)需要的電壓要求，并優(yōu)先供用戶使用，如果電站所產(chǎn)生的電量滿足不了用戶用電需求，就從電網(wǎng)中補(bǔ)充，否則，余電上網(wǎng)；離網(wǎng)型光伏電站別名獨(dú)立式光伏電站，相對(duì)于并網(wǎng)光伏電站，需配備儲(chǔ)能裝置。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

1.1 光伏電站工作原理

光伏發(fā)電的工作原理是借助半導(dǎo)體材料的結(jié)界面（PN 結(jié)）產(chǎn)出的光生伏特效應(yīng)直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N方法。當(dāng)太陽(yáng)光輻射到光伏組件（太陽(yáng)能板子）上，在光生伏特效應(yīng)下，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為直流電流，在控制器調(diào)配下將富余部分直流電能儲(chǔ)藏在蓄電池裝置里［3］，另外一部分通過逆變器轉(zhuǎn)變成為交流電，交流電可直接并入用戶側(cè)或升壓后并入電網(wǎng)。

1.2 光伏電站的主要組成元件

1.2.1 光伏組件。光伏組件是由多個(gè)太陽(yáng)能單體電池串、并（混連）聯(lián)后經(jīng)嚴(yán)密的封裝構(gòu)成的，若干個(gè)光伏組件先串后并在一起組成太陽(yáng)能電池陣列。光伏組件是光伏發(fā)電站系統(tǒng)核心光伏器件，還是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)里最重要的部件。

1.2.2 控制器。控制器功能是調(diào)控光伏組件所產(chǎn)出的電能，將調(diào)控整合后的電能送去直流負(fù)荷端；是將富余電能送到蓄電池組存儲(chǔ)；把蓄電池組的電能送往與之相連的用戶側(cè)的負(fù)載（或電網(wǎng)）；防止蓄電池組在使用時(shí)的過充、放電。

1.2.3 逆變器。逆變器的最首要作用是整流——即把產(chǎn)生的電流的直流形式轉(zhuǎn)換成電流的交流狀態(tài)的設(shè)備。主要是把光伏組件發(fā)出的直流電能和存儲(chǔ)在蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換成供負(fù)荷端（用戶側(cè)）消耗的交流電。按照運(yùn)行模式，逆變器能劃為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器，獨(dú)立運(yùn)行逆變器用在獨(dú)立光伏電站中，并網(wǎng)逆變器用在并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電站中；根據(jù)輸出的波形，逆變器可劃為正弦波逆變器與方波逆變器，正弦波逆變器可用在各種負(fù)載中，方波逆變器多用在對(duì)諧波需求不高的光伏系統(tǒng)里。

配電柜的作用：交流輸出側(cè)安全性提高；檢修方便；方便交流側(cè)計(jì)量。

1.2.4 儲(chǔ)能設(shè)備即蓄電池組。蓄電池組的作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池板在日光的照射下發(fā)出的電能（直流電源）并隨時(shí)準(zhǔn)備向負(fù)載供電，一般是光伏電站中多占成本很高的部件。在光伏電站中運(yùn)用的蓄電池組的需滿足如下方面：自放電率低；使用壽命長(zhǎng)；深放電能力強(qiáng)；充電效率高；少維護(hù)或免維護(hù)；工作溫度范圍寬；價(jià)格便宜。

2 光伏電站日常運(yùn)行中的故障分析

2.1 光伏組件

光伏組件在長(zhǎng)期運(yùn)輸和安裝的過程中出現(xiàn)隱裂現(xiàn)象或者由于選址不當(dāng)、落葉和鳥糞、灰塵等造成熱斑效應(yīng)或者出現(xiàn)裂紋。造成整塊板子無(wú)電甚至至影響整組光伏方陣。

2.2 光伏直流電纜

光伏直流電纜是指連在光伏板與匯流箱、逆變器之間的線路，在長(zhǎng)期日照或者地下掩埋下，由于雨、雪等天氣會(huì)造成線路的老化和短路、斷路等現(xiàn)象。

2.3 通訊故障

常見的通訊故障為通訊地址錯(cuò)誤、通訊盒燒壞、通訊端口松弛、電源插頭被拔掉、通訊接口積灰等，很容易造成通訊中斷，難以監(jiān)測(cè)到光伏電站時(shí)實(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 逆變器故障

常見的逆變器故障可分為：交流側(cè)無(wú)電流輸出；直流側(cè)電壓不在設(shè)定的正常范圍；開機(jī)無(wú)反應(yīng)；逆變器發(fā)熱；多臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)報(bào)故障；漏電流；出廠電壓參數(shù)低于國(guó)網(wǎng)電壓脫網(wǎng)等。

2.5 蓄電池

蓄電池的運(yùn)行年限一般是3～5 年，成本還比較高。如果蓄電池組的長(zhǎng)期閑置，特別易造就蓄電池的損毀。冬天外界溫度過低，由于保暖措施不當(dāng)，造成蓄電池組效率下降，使用年限變短。

2.6 無(wú)功補(bǔ)償故障

并網(wǎng)時(shí)，由于逆變器、CT 端接線問題等造成無(wú)功補(bǔ)償不足或無(wú)功補(bǔ)償退出等。

2.7 孤島故障

光伏發(fā)電并網(wǎng)中，出現(xiàn)孤島效應(yīng)的前提如下：發(fā)電裝置輸出的功率與孤島系統(tǒng)中的負(fù)荷相符合，即相位平衡時(shí)；電網(wǎng)因故障、維修、電壓不穩(wěn)定等因素造成供電中斷；發(fā)電裝置不能檢測(cè)到孤島效應(yīng)（檢測(cè)盲區(qū)或檢測(cè)無(wú)效）等。

3 光伏電站的維護(hù)

光伏電站若要良好的運(yùn)行，需要各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備完好且相互匹配。施工前，做好對(duì)光伏電站建立充足的前期調(diào)研，施工設(shè)計(jì)等工作。定期檢測(cè)光伏電站系統(tǒng)中的各設(shè)備運(yùn)行情況，如若發(fā)現(xiàn)故障或造成故障出現(xiàn)的安全隱患及時(shí)反饋并進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。

培養(yǎng)并配備專業(yè)技術(shù)人員對(duì)光伏電站進(jìn)行維護(hù)。無(wú)論是獨(dú)立光伏發(fā)電站還是并網(wǎng)光伏發(fā)電站的運(yùn)行，都離不開專業(yè)技術(shù)人員的檢測(cè)及維護(hù)。加強(qiáng)培養(yǎng)光伏領(lǐng)域的專技人員的專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手操作能力。

做好對(duì)光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理工作。能夠?qū)崟r(shí)發(fā)覺電站運(yùn)行過程里出現(xiàn)的故障等，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急裝置，斷開電路保護(hù)相關(guān)設(shè)備。運(yùn)維人員根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的反饋內(nèi)容，準(zhǔn)備好相應(yīng)的處理方案和工作進(jìn)行檢修操作，減少了不必要的人員來(lái)回路程浪費(fèi)，縮短維修周期。

注意光伏電站四周環(huán)境衛(wèi)生的清理。不遮蓋光伏組件，并定期清洗光伏組件，注意防雷，增加發(fā)電的轉(zhuǎn)化率。