保定嘉盛光電科技股份有限公司 趙國(guó)立
截至2020年年底,國(guó)內(nèi)光伏裝機(jī)容量累計(jì)達(dá)到了253GW,連續(xù)6年位居全球首位,到2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到12億kW以上[1],光伏行業(yè)在未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
光伏發(fā)電項(xiàng)目逐步成為我國(guó)電力能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分,光伏發(fā)電站的安裝形式也越來(lái)越多,包括地面集中式、屋頂分布式項(xiàng)目等。不同類(lèi)型的光伏發(fā)電站在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中面臨的運(yùn)維重點(diǎn)及難點(diǎn)工作也不盡相同。為保證光伏項(xiàng)目正常運(yùn)行,有必要對(duì)不同類(lèi)型項(xiàng)目的運(yùn)維重點(diǎn)及難點(diǎn)工作進(jìn)行分析總結(jié),制定有針對(duì)性的運(yùn)維方案,才能達(dá)到讓光伏發(fā)電站安全、高效運(yùn)行的目的。
大型地面光伏電站一般建設(shè)在土地廣闊的西北區(qū)域,氣候干燥且降雨量少,沙塵天氣頻繁,為太陽(yáng)能發(fā)電造成了較大麻煩。
西北區(qū)域的地面集中式光伏發(fā)電項(xiàng)目組件的灰塵、污漬遮擋是影響項(xiàng)目發(fā)電量的重要因素。在季節(jié)交換時(shí)段遭遇沙塵暴時(shí),雨水匱乏,加劇灰塵在組件表面附著,發(fā)電效果大幅下降,嚴(yán)重影響組件正常發(fā)電運(yùn)行。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題可采取以下應(yīng)對(duì)措施:
一是制定科學(xué)合理的光伏組件清洗計(jì)劃,在沙塵季節(jié)增加光伏組件的清洗頻次,及時(shí)清除灰塵遮擋。二是根據(jù)項(xiàng)目地的情況,合理采用干洗或水洗的方式,制定經(jīng)濟(jì)性最佳的清洗方案,達(dá)到快速提升組件發(fā)電能力的目的。三是及時(shí)掌握天氣變化情況,制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案,嚴(yán)密監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。同時(shí),配備應(yīng)急搶修物資、備品備件,確保沙塵暴襲擊時(shí)搶修人員可以隨時(shí)待命。四是沙塵暴過(guò)后,組織人員對(duì)設(shè)備、線路和廠區(qū)進(jìn)行巡視,做好設(shè)備除塵工作的同時(shí),全力排查因沙塵影響所帶來(lái)的安全隱患。五是為了確認(rèn)項(xiàng)目的最佳清洗時(shí)間,可以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置灰塵監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),預(yù)警系統(tǒng)可在收集數(shù)據(jù)期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)灰塵遮擋情況,根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析,確定最優(yōu)清洗時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
光伏電站地處偏遠(yuǎn)地帶,是鳥(niǎo)類(lèi)聚集生活的區(qū)域,這種區(qū)域的光伏電站容易受鳥(niǎo)糞的影響,尤其對(duì)晶硅類(lèi)組件,鳥(niǎo)糞對(duì)其輸出功率有較大影響。另外,當(dāng)光伏方陣處于正常工作狀態(tài),且方陣面的輻照度高于600W/m2時(shí),檢測(cè)同一組件外表面電池正上方的溫度超過(guò)20℃時(shí),應(yīng)視為發(fā)生熱斑[2],鳥(niǎo)糞導(dǎo)致的熱斑效應(yīng)可導(dǎo)致引發(fā)火災(zāi)的隱患。
當(dāng)某一(些)光伏組件出現(xiàn)故障時(shí),在其他光伏組件的作用下,這些故障光伏組件將成為系統(tǒng)的負(fù)載,以熱量的形式消耗其他太陽(yáng)能發(fā)電單元發(fā)出的電能,同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間熱量的積累也會(huì)對(duì)光伏組件本身以及其封裝材料帶來(lái)?yè)p害,甚至造成永久損壞[3]。針對(duì)鳥(niǎo)糞污染情況,可以采用安裝驅(qū)鳥(niǎo)裝置的方式,盡可能減少鳥(niǎo)類(lèi)在光伏組件頂部聚集棲息的時(shí)間和頻率,減少鳥(niǎo)糞污染。
地面集中式光伏電站的光伏支架安裝于回填土區(qū)域的時(shí)候,往往面臨基礎(chǔ)沉降問(wèn)題,基礎(chǔ)的位移會(huì)破壞組件固定位置的受力平衡,造成組件的隱裂、碎片、玻璃破碎、邊框變形等故障。為了解決這一問(wèn)題,一方面要及時(shí)對(duì)沉陷部位進(jìn)行補(bǔ)填、固定,防止沉陷加劇;另一方面,要及時(shí)測(cè)試壓塊扭力,調(diào)整組件壓塊的位置和松緊度,減少組件所受的不平衡力。
對(duì)廠房屋頂分布式光伏設(shè)備,夏季高溫、雨季暴雨等惡劣環(huán)境,對(duì)光伏系統(tǒng)的安全運(yùn)行是重大考驗(yàn),存在因設(shè)備故障導(dǎo)致屋頂起火事故的發(fā)生。尤其是光伏系統(tǒng)直流側(cè)線纜的MC4接插件、光伏匯流箱等電氣設(shè)備,因材料、施工質(zhì)量或惡劣環(huán)境等原因,極易導(dǎo)致其過(guò)熱甚至燒毀,輕則造成電量損失,重則導(dǎo)致廠房火災(zāi)事故。

圖1 某屋頂分布式電站MC4接插件燒毀導(dǎo)致屋頂損壞
為避免火災(zāi)事故的發(fā)生,需要制定周密?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)捻?xiàng)目巡檢、維護(hù)計(jì)劃。對(duì)于此類(lèi)的光伏項(xiàng)目需要增強(qiáng)項(xiàng)目自身運(yùn)行的穩(wěn)定性,減少故障率,杜絕事故的發(fā)生。可采取的預(yù)防性維護(hù)措施有以下幾點(diǎn):
一是定期進(jìn)行紅外熱成像掃描,尤其是屋頂?shù)墓夥M件、MC4接插件、匯流箱等電氣設(shè)備連接點(diǎn),應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行紅外熱成像掃描,如發(fā)現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象,立即查找原因并處理,消除安全隱患,避免因此造成事故。
二是室外配電箱要有較好的防火、防潮性能,入線孔位置要進(jìn)行防火封堵,且箱體的密封位置需要定期檢查維修,以免材料老化、變形,影響整體的防護(hù)性能。

圖2 某項(xiàng)目MC4接插件紅外熱成像掃描發(fā)現(xiàn)異常
對(duì)于屋面分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,組件的灰塵/污漬遮擋是影響項(xiàng)目發(fā)電量的重要因素。尤其對(duì)存在平鋪安裝光伏組件,冬季空氣質(zhì)量較差,秋冬季節(jié)夜晚露水嚴(yán)重,加劇灰塵在組件表面附著;另外,雨勢(shì)相對(duì)較小,導(dǎo)致組件表面形成泥帶遮擋,對(duì)組件造成腐蝕,灰塵的成分比較復(fù)雜,可與面板的組成物質(zhì)產(chǎn)生酸性或堿性反應(yīng),嚴(yán)重影響組件正常發(fā)電運(yùn)行。目前,有效的措施和手段如下:
一是根據(jù)具體情況制定科學(xué)的組件清洗計(jì)劃,雨季要避免進(jìn)行光伏組件的清洗工作,在秋冬季節(jié)增加光伏組件的清洗頻次,及時(shí)清除灰塵/污漬遮擋因素,另外合理采用干洗、水洗或者局部清洗的方式,制定經(jīng)濟(jì)性最佳的清洗方案,清除組件泥帶遮擋,達(dá)到快速提升組件發(fā)電能力的目的。二是屋面分布式光伏項(xiàng)目大部分安裝光伏組件的角度較小,而對(duì)于平鋪安裝的光伏組件,底部極易堆積大量泥帶,可考慮安裝組件導(dǎo)水排泥裝置,提高電站發(fā)電量,減少組件熱斑效應(yīng)。三是對(duì)于屋面分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,尤其對(duì)于灰塵累積較快的項(xiàng)目,安裝清掃機(jī)器人是較好的應(yīng)對(duì)措施,可以自主設(shè)定清掃頻率,解決灰塵遮擋光伏組件的難題。此類(lèi)項(xiàng)目安裝清掃機(jī)器人的投資回收期較快,可以得到較高的投資收益。
屋頂分布式光伏電站在巡檢作業(yè)過(guò)程當(dāng)中存在普遍的安全問(wèn)題,由于光伏項(xiàng)目建設(shè)于屋頂,為保證屋頂作業(yè)安全性,提高項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維安全系數(shù),可對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全防護(hù)加固措施:一是大部分彩鋼廠房屋頂都設(shè)置屋頂采光帶,但是采光帶是不能承受人員踩踏受力的,因此對(duì)采光帶要設(shè)置醒目的標(biāo)志,避免人員誤踩造成人員墜落安全事故。二是無(wú)女兒墻(距離屋頂邊緣較危險(xiǎn)區(qū)域)項(xiàng)目加裝防護(hù)欄。三是較高屋頂?shù)氖彝馀捞莞脑欤黾邮彝馀捞菥彌_平臺(tái),避免因爬梯過(guò)高,人員在攀登過(guò)程中因體力不支發(fā)生意外。四是屋頂設(shè)置人員檢修通道,方便人員巡視,增加巡檢安全系數(shù),且避免因人員踩踏損壞屋頂,造成屋頂漏雨等現(xiàn)象。五是電站項(xiàng)目巡檢作業(yè)人員應(yīng)具備完善的特種作業(yè)操作證,除具備電工作業(yè)證之外,還應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目具體情況考取高處作業(yè)證。
屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目線纜在未進(jìn)行有效防護(hù)的情況下,絕緣層因材料質(zhì)量或在風(fēng)吹日曬等惡劣環(huán)境的影響下,極易造成絕緣層損壞,導(dǎo)致電纜短路起火、漏電傷人等事故發(fā)生。尤其在逆變器直流側(cè)的光伏線纜,線纜較集中密集,如果絕緣層損壞,容易導(dǎo)致正負(fù)極短路故障,嚴(yán)重威脅電站安全運(yùn)行,因此對(duì)電力線纜的絕緣完好性檢查防護(hù)工作須加強(qiáng)。
針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題,首先要對(duì)線纜進(jìn)行有效維護(hù),已明顯絕緣損壞的光伏線纜,進(jìn)行防曬、防水絕緣層加固處理,確保正負(fù)極線纜之間的安全絕緣標(biāo)準(zhǔn),然后采用隔板等方式對(duì)外漏線纜進(jìn)行防曬遮擋處理。另外,為保證線纜長(zhǎng)期有效安全狀態(tài),可在將絕緣層損壞線纜進(jìn)行絕緣加固防護(hù)處理后,對(duì)原光伏線纜防護(hù)管進(jìn)行升級(jí)改造。
部分戶(hù)用光伏系統(tǒng)總體容量較大,但單體容量較小,區(qū)域分布較為分散,巡檢過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、故障處理響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、故障節(jié)點(diǎn)多、維護(hù)工作量大,且由于單體項(xiàng)目安裝于每個(gè)家戶(hù)內(nèi)部,進(jìn)出過(guò)程受住戶(hù)限制。所以,對(duì)于此類(lèi)的光伏項(xiàng)目需要增強(qiáng)項(xiàng)目自身運(yùn)行的穩(wěn)定性,減少故障率,杜絕事故的發(fā)生,建議采用全方位預(yù)防性運(yùn)維方式,重點(diǎn)放在以下兩點(diǎn):
一是年度檢測(cè)和年度維護(hù),每年進(jìn)行全方位檢測(cè)和評(píng)估,提前發(fā)現(xiàn)隱患點(diǎn),并進(jìn)行處理,防止故障擴(kuò)大;同時(shí),做好本項(xiàng)目年度維護(hù),提高項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行的能力。二是故障搶修機(jī)制,借助遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái),進(jìn)行24h×365d全天候監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng),設(shè)置監(jiān)控運(yùn)維中心,每天定期收設(shè)備運(yùn)行所有相關(guān)數(shù)據(jù),上傳到監(jiān)控中心。監(jiān)控運(yùn)維中心存儲(chǔ)了運(yùn)維工的相關(guān)信息,當(dāng)檢測(cè)出屋頂光伏電站故障或異常時(shí),監(jiān)控運(yùn)維中心自動(dòng)推送居民屋頂位置、故障異常類(lèi)型等信息給運(yùn)維工作人員,以方便運(yùn)維工作人員開(kāi)展具體的運(yùn)維工作,為現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
在以上兩點(diǎn)基礎(chǔ)上,結(jié)合定期巡檢和特殊巡檢,可以有效地避免光伏系統(tǒng)出現(xiàn)故障,減少故障損失。
山體上建設(shè)的光伏電站項(xiàng)目,依山體走勢(shì)而建,因此存在受雷擊的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)接地系統(tǒng)的要求也更高,組件的接地性能直接關(guān)系到系統(tǒng)受雷電影響時(shí)的安全性,需要在雷雨季節(jié)前對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行一次接地系統(tǒng)的專(zhuān)項(xiàng)維護(hù),防止雷雨天氣對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成損壞,且每年需要定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行接地性能的測(cè)試,根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)系統(tǒng)隱患進(jìn)行排除。
山體型光伏電站光伏區(qū)域占地面大,植被情況也比較復(fù)雜,給工作人員巡檢和植被清除工作帶來(lái)較大的工作困難。雜草遮擋是影響光伏發(fā)電效率的重大因素,不僅減少發(fā)電量還可能導(dǎo)致光伏組件熱斑效應(yīng),溫度過(guò)高進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)事故。
后期運(yùn)維過(guò)程中,一方面需要積極協(xié)調(diào)解決遮擋源;另一方面,對(duì)于無(wú)法協(xié)調(diào)解決的部分可以采用組串優(yōu)化器等產(chǎn)品。在北方雜草枯萎的季節(jié),山上可能存在人員活動(dòng)(抽煙、玩火、祭祀等)導(dǎo)致雜草起火,給光伏區(qū)帶來(lái)較大的火災(zāi)事故,因此必須及早清除雜草,建立防火隔離帶,同時(shí)建立火災(zāi)事故應(yīng)急小組和應(yīng)急預(yù)案。

圖3 雜草遮擋光伏組件導(dǎo)致溫度過(guò)高
對(duì)于山體類(lèi)光伏電站來(lái)說(shuō),光伏區(qū)地勢(shì)復(fù)雜,且由于其安裝環(huán)境占地面積較大,組件故障維修或巡檢過(guò)程更加依賴(lài)于高效率的設(shè)備定位。可以通過(guò)定位地圖進(jìn)行高清視圖定位,對(duì)每個(gè)組串進(jìn)行編號(hào),運(yùn)維人員可以通過(guò)軟件定位,快速到達(dá)目標(biāo)設(shè)備位置。由于部分山體光伏電站項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)信號(hào)偏差,建議使用在斷網(wǎng)狀態(tài)下仍可通過(guò)GPS實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的軟件,可以讓光伏電站運(yùn)維效率明顯提高,方便發(fā)生故障時(shí)的消缺工作。
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),部分山體電站項(xiàng)目地面植被不夠豐富,易發(fā)生水土流失情況,還有可能因?yàn)樗亮魇?dǎo)致滑坡現(xiàn)象,進(jìn)而造成不必要的資產(chǎn)損失。在控制方面,可以對(duì)受破壞的地面進(jìn)行及時(shí)恢復(fù)和養(yǎng)護(hù),減少水流無(wú)序匯集。對(duì)有必要的區(qū)域還要采取重新建設(shè)護(hù)坡、設(shè)置泄洪渠等措施進(jìn)行防護(hù),從而減少水土流失,避免山體滑坡或泥石流危害。
“漁光互補(bǔ)”項(xiàng)目是將光伏組件安裝于水面上,以船為交通工具,電站的通行性和靈活性較差,嚴(yán)重影響運(yùn)維效率。豐水期水位較深,增添了船在水面上的不穩(wěn)定性;枯水期水面較淺,河水里的淤泥雜草又給運(yùn)維工作增加了難度。鑒于此類(lèi)項(xiàng)目特點(diǎn),可以充分利用智能無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢,大大節(jié)省人力,提高工作效率。
“漁光互補(bǔ)”電站的安全性要求較高,主要為設(shè)備安全和人員安全。電站設(shè)備絕緣需要定期進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè),接地扁鐵等電站設(shè)施處在水中容易生銹,且絕緣故障容易威脅清洗人員安全。電與水交互的環(huán)境,極易引起安全事故,并且運(yùn)維人員乘船進(jìn)行人工清洗運(yùn)維,安全性差,在運(yùn)維過(guò)程中,溺水安全事故需要重點(diǎn)關(guān)注,在電站上應(yīng)配置電力絕緣工器具、船只、救生衣等物資。
“漁光互補(bǔ)”電站相對(duì)而言灰塵較少,但鳥(niǎo)類(lèi)較多,容易產(chǎn)生鳥(niǎo)糞遮擋組件,清理不及時(shí),影響發(fā)電量的同時(shí)會(huì)造成熱斑效應(yīng),燒壞組件。另外,鳥(niǎo)糞清洗難度大,組件清洗時(shí)不僅人工清掃成本高,時(shí)間成本也高,電站損益難以均衡。對(duì)于“漁光互補(bǔ)”電站清洗問(wèn)題,可以充分應(yīng)用智能光伏運(yùn)維機(jī)器人解決“漁光互補(bǔ)”電站清洗難題,實(shí)現(xiàn)電站的自動(dòng)化清洗、智能運(yùn)維,切實(shí)有效提升電站發(fā)電量。
“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏項(xiàng)目所在地雨水較為豐盛,地勢(shì)相對(duì)較低,占地面積較廣,電站每年在雨季對(duì)防汛要求較高,因洪水問(wèn)題存在以下問(wèn)題。
一是因項(xiàng)目土質(zhì)松軟,四周沙土堆積,雨水淤積,導(dǎo)致地基下沉,可能導(dǎo)致支架及組件變形現(xiàn)象,光伏支架受力向上或向下彎曲,影響了光伏板整體的美觀,也導(dǎo)致光伏板受力不均,造成損失。二是雨水太過(guò)豐盛,雨水不能及時(shí)泄洪,可能對(duì)種植農(nóng)作物造成一定影響,造成農(nóng)作物損失。三是“農(nóng)光互補(bǔ)”電站電纜溝、電氣設(shè)備基礎(chǔ)等設(shè)備所在區(qū)域,在洪水較大、積水較多時(shí),存在電纜、電氣設(shè)備等被水浸泡風(fēng)險(xiǎn)。四是項(xiàng)目地如遇特大洪水,可能存在人員被困、車(chē)輛不能通行等風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)以上情況可采取以下措施:
一是增加季節(jié)性巡視等專(zhuān)項(xiàng)巡檢,著重關(guān)注長(zhǎng)期存在雨水浸泡區(qū)域,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題,防止損失擴(kuò)大。二是設(shè)置泄洪措施,對(duì)電纜溝、設(shè)備基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置排水孔,防止雨水漫灌;對(duì)地勢(shì)較低區(qū)域,適當(dāng)增加泄洪溝,關(guān)鍵區(qū)域構(gòu)筑防洪墻,保證電站整體安全。三是防洪物資準(zhǔn)備,保證防洪沙袋、鐵鍬、雨衣、雨鞋/靴、排污泵、排污水管、救生衣、救生圈、應(yīng)急藥品等準(zhǔn)備充足良好,定期檢查是否缺失和損壞,確保隨時(shí)可用。
“農(nóng)光互補(bǔ)”光伏電站由于組件較高,存在清洗作業(yè)不便問(wèn)題,另外組件清洗和農(nóng)作物灌溉均需水資源,部分項(xiàng)目組件清洗用水可能會(huì)和農(nóng)作物灌溉出現(xiàn)沖突。針對(duì)此問(wèn)題,建議合理選擇農(nóng)作物種類(lèi),綜合考慮農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)高度對(duì)組件影響等因素,選擇種植適宜農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目的農(nóng)作物。
合理把控清洗組件和灌溉農(nóng)作物最佳時(shí)機(jī),在安排光伏組件清洗時(shí)間時(shí),與農(nóng)作物的灌溉時(shí)間相結(jié)合,在農(nóng)作物有灌溉需求時(shí),觀察組件表面污染情況,充分利用水資源,避免水資源的浪費(fèi);同時(shí),避免在農(nóng)作物水分充沛期,因清洗用水導(dǎo)致農(nóng)作物的損失。
“農(nóng)光互補(bǔ)”項(xiàng)目可能會(huì)存在巡檢不便問(wèn)題,一方面地面可能會(huì)存在水塘、泥濘地段,人員很難到達(dá)各區(qū)域現(xiàn)場(chǎng);另一方面,由于農(nóng)作物種植,人員巡檢可能會(huì)對(duì)農(nóng)作物踐踏造成損失。針對(duì)以上問(wèn)題建議充分利用無(wú)人機(jī)巡檢,節(jié)省人力,提高工作效率。在光伏區(qū)域,合理設(shè)置巡檢通道,保證人員正常巡檢路線的暢通,在必要區(qū)域預(yù)留充足空間,可以正常開(kāi)展組件清洗、更換以及設(shè)備維修維護(hù)工作。
壯大清潔能源產(chǎn)業(yè)是我國(guó)“十四五”規(guī)劃的重要目標(biāo)和任務(wù),而光伏發(fā)電也將成為我國(guó)重要的電力來(lái)源,并占據(jù)重要地位,光伏發(fā)電也將迎來(lái)更大范圍、更多場(chǎng)景、更多模式、更高水平的利用。對(duì)我國(guó)多種形式的光伏電站項(xiàng)目,必須考慮其特殊性,對(duì)重點(diǎn)及難點(diǎn)工作充分分析,制定相應(yīng)的維護(hù)方案,保證其安全、高效運(yùn)行,源源不斷地輸出清潔電力,服務(wù)廣大民眾,助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。