光伏電站建設與運維體會

文／李飛 陜西黃河能源有限責任公司 陜西西安 710000

1、我國光伏電站發展現狀

伴隨全球環保意識的不斷提升，現階段各國及各區域均在光伏發電開發方面從技術、水平不同面域大肆收獲，此于光伏產業的行業性發展而言，極具優勢性。基于一定的技術支持，光伏發電的開發成本大幅度下降，當即全球范圍內各地光伏發電站的建設數量以及建設規模也在不斷擴大，如此可見行業前景。根據相關數據資料顯示，截止到2050年，全球范圍內的光伏發電均電量會提升至16%，此時光伏發電將會成為全球范圍內可靠性數一數二的電力供給渠道。之前20世紀甚至更靠前，在歐洲一些光伏發電速度較快的發達國家屬于全球光伏發電快速且先進的地區。而依據相關數據資料顯示，全球光伏發電總裝機量于21世紀以前大都維持在40MW左右，且多數光伏發電站都分布于一些以德國為首的歐洲國家，其中日本就屬于亞洲范圍內比較具有代表性的國家，直至2012年底的時候，全球范圍內的光伏總裝機量基本已經提升到了100MW，在這些國家中，僅歐洲國家就占據了70%。就在全球各地人類環保意識逐步提升之際，特別亞洲許多國家都在光伏產業方面投入了較多的資金，且又施以相對應的政策引導，同時在光伏發電技術持續優化提升的過程中，自2013年之后，以中國為核心的許多國家陸續開啟了光伏發電之路，且一年以后便超越了諸如德國等一些歐洲國家，在世界范圍內遙遙領先。此后，中國慢慢發展成為除歐美一些國家之外，在全球范圍內光伏發電市場最大的國家，平均每年發出的電量可以占到光伏發電市場的8%左右。僅僅在2011-2014年這3年時間內，我國的光伏電站發電量就由3300mw提升至28199mw，此間這一數據幾乎翻了八倍。中國幅員遼闊，不同地區的氣候類型也非常豐富，特別對于青藏及偏遠農村等一些地區，太陽能資源更是用之不竭。超17%的陸地面積均可以達到接收陽光輻射1750kWh/m甚至更多，超50%的陸地面積可達到1400-1750kWh/m，特別對于諸如光照豐富的青藏、沙漠地區，假如能在這些地區裝載光伏發電設備，則隱藏發電量基本就能達到17TW。除此之外，就在我國政府方面愈來愈重視光伏產業之際，更是對其從技術、資金、政策等各方面給予了引導支持，致使中國光伏生產技術一度占領全球前列，也將自身打造成了世界單范圍內規模最大的太陽能板（電池）制造商，根據相關數據統計，我國僅2010年太陽能板的產量就已經逾越了10MW，基本已經實現了光伏發電設備遠銷國內外。如此看來，中國境內的尚德、天合光能、英利綠色能源、晶澳4家太陽能板生產企業均屬于國際上響當當的太陽能光伏發電企業，且位列全球范圍內10家掌握近50%的太陽能光伏發電設備市場的10家龍頭企業中的行列之中。

2、光伏電站工作原理分析

掌握光伏電站的工作原理是進行光伏電站建設與運維的基礎，光伏發電是一種將光能直接轉變為電能的技術，其主要是利用半導體界面的光生伏特效應。光伏電站建設中需要將一定規模數量的太陽能電池組件予以串聯，便于通過太陽能電池組件接收太陽光，并將輻射能轉換為相應電壓、電流的直流電，通過在匯流箱內串聯較多電池組，然后通過并聯方式提高電流，通過并聯使得電流強度符合逆變器額定電流，之后將多個匯流箱接入一臺并網逆變器中，利用并網逆變器將電池組件中的直流電通過逆變形成滿足電網需求的交流電，利用配電裝置將其與電站升壓變壓器連接，利用變壓器升高電壓，并使其達到對應的電壓使用要求，然后將其并入電網中。光伏電站在整個建設中需要進行升壓站、逆變升壓單元、光伏場區、道路、送出線路等方面的建設。圖1所示為光伏電站原理示意圖。

圖1 光伏電站原理示意圖

3、光伏電站光伏組件選擇分析

光伏電站建設中包含較多內容，其中光伏組件選擇是一個關鍵，晶硅組件選擇、薄膜組件均可作為光伏組件，現就上述有關問題分析如下。

3.1 光伏組件的選擇

光伏電站建設中需要重視光伏組件的選擇，所謂的光伏組件即俗稱的太陽能電池板，其在整個太陽能發電系統中處于核心地位，因而光伏組件的選擇以及相關參數對光伏發電效果與質量有著重要影響。隨著我國光伏發電技術應用的日益成熟，現階段在太陽能光伏電站中可供選擇的光伏組件較多。光伏組件選擇中需要考慮到光伏發電的特殊性，其中應用較多的是晶硅組件、薄膜組件，其在光伏電站建設中應用價值較高。

3.2 晶硅組件分析

根據對晶硅組件的調查研究，其具有較高的性價比，因而在市場上應用較廣泛，因而也是光伏電站建設中的首選。與此同時，晶硅組件研發與應用時間長，其性能更穩定，同時對太陽能的轉換效率較高，現階段晶硅組件技術應用較成熟，相應的在光伏電站工程建設中有較多優勢。嚴格意義上來講，單晶硅組件是以高純單晶硅棒為原料而制作成的太陽能電池板，除了單晶硅組件外，還有多晶硅組件，其主要是將按照不同的串、并陣列排列而構成的電池板，單晶硅組件與多晶硅組件在生產工藝方面差別并不大，不過與單晶硅組件相比，多晶硅組件具有更高的轉換效率，這與其中同時包含多種類型晶體有關。總體而言，單晶組件效率高，但是價格貴；多晶組件效率也較好，同時價格相對低，需要結合實際光伏電站情況合理選擇。

3.3 薄膜組件分析

薄膜光伏組件在光伏電站工程中也有應用，其所使用的組件為非晶硅太陽能光伏板，因而單塊組件的功率相對較低。根據資料顯示，薄膜組件的光電轉換效率大于在10%。薄膜組件在應用期間具有弱光性好、陰影遮擋功率損失小、年度衰減率低等優勢，同時從薄膜組件生產工藝方面分析，其成本相對較低，便于大規模生產。薄膜組件能夠規模化量產，不過其實際應用效果較多硅晶組件低，一定程度上限制了其具體應用。

綜合考慮投資成本、投資效益、光伏發電效率、光電轉換效率、衰減率等相關內容，單硅晶組件、多硅晶組件仍然是光伏發電站中光伏組件的主要選擇。

4、光伏電站建設管理分析

4.1 項目設計管理分析

光伏電站建設需要以規劃設計為基礎，而規劃效果直接影響到光伏電站的發電性能、投資效益。結合光伏發電的實際應用，系統中光伏電池具有溫度效應，同時光伏發電系統較敏感，這些都是在光伏電站項目設計中需要考慮的問題。研究顯示，芯片表面溫度會引起峰值功率輸出功率損失、額外損失的增加，這就要求在項目設計中必須要通過反復論證，確定出最佳的傾斜角度。芯片表面清潔效果也會對發電效率產生影響，這就要求在項目設計前應了解擬建區域的氣候、氣象條件，減少環境因素對芯片造成污染，影響到光伏發電效率。

結合上述分析，光伏電站項目設計中，應提前全面的了解擬建區域的氣象條件，充分利用有關氣象設備并結合當地長期的氣象資料數據，綜合性予以分析，便于在設計中考慮氣象條件可能對光伏電站外部環境設備產生的影響。根據擬建區域太陽照射時長、輻射情況、太陽高度角等，合理設計芯片傾角，最大化提高對太陽能的利用，提高光電轉換效率，提升光伏電站的整體發電性能。

4.2 項目建設成本管理

光伏電站在建設前期需要大量的投資，前期投資是保證后續光伏電站充分發揮作用的基礎。隨著對太陽能資源的利用分析，較多領域都有太陽能的利用，其中光伏電站是太陽能使用的典型代表。與一般的太陽能利用方式相比，光伏電站建設的整體投資額度較大，需要重視項目建設成本管理。影響光伏電站成本的因素較多，如光伏組件、恒流變壓裝置、光伏并網逆變裝置、光伏電站場地基礎建設、電站規模大小等，同時施工進度以及土建工程量等也是影響施工成本的相關因素，因而在光伏電站建設成本管理中應重視對上述影響因素的全面分析，并從多角度進行綜合管控，控制光伏電站建設階段的成本投入。比如掌握設計方案的要點，明確設計思路與后續施工要點；綜合光伏電站建設規模與要求，并結合不同光伏組件的光能轉換效率、影響因素、成本以及應用穩定性等合理選擇光伏組件；精細化計算整個項目建設中所需要的相關材料、不同階段成本投入比例，嚴格按照造價與成本管控要求進行分階段管理。針對施工現場所使用的相關設備、材料等進行監管，減少材料浪費，提高材料的使用率，這些都有利于保證整個光伏電站項目建設成本處于可控范圍，保證光伏電站建設造價處于合理范圍內。

4.3 施工技術管理

施工技術管理是光伏電站項目建設管理的重點，其對整個項目成本控制、施工質量、施工安全等均有著較大影響，對此，在光伏電站建設中需要強化施工技術管理。施工技術管理方面，需要注重施工組織設計編審工作、施工圖紙會審、施工作業指導書編制以及施工技術交底編制等，這些都是光伏電站施工的關鍵依據。考慮到光伏電站工程項目在施工中可能發現設計有錯或者無法正常施工問題，此時需要進行設計變更，設計變更中還需要考慮施工技術的可行性與經濟性。施工技術管理方面需要加強對光伏電站工程相關材料的檢驗，保證所使用的光伏組件滿足質量以及技術要求，需要具備較高的功率、轉化率。光伏電站項目施工工藝的選擇應立足于項目的具體情況，并在施工前加強對施工人員的技術交底，同時對參與項目建設的施工人員、管理人員、技術人員等予以培訓，全面提高不同人員的技術水平與能力。結合場地靈活進行電站、電纜布置，最大程度降低損耗，促進變壓器轉換效率的提高，促進對太陽能資源的有效利用。

4.4 施工質量管理分析

光伏電站的應用效果、投資小均受到施工質量的影響，同時施工質量也是影響光伏電站造價的關鍵性因素。現階段光伏電站多為EPC項目，因而承包商需要制定出質量管理計劃，并充分考慮光伏電站項目的實際情況。保證有專門的項目管理小組負責整個施工階段的項目質量管理，落實施工現場質量管理計劃的實施，做好相關施工技術方案的審查與落實監督；針對光伏電站建設中的一些關鍵性設備，需要及時到場做好驗收工作，保證設備本身無質量問題；結合施工組織技術方案，針對關鍵性施工環節應做好質量檢驗與記錄，保證施工的過程與動態管理。考慮到光伏電站建設周期較長，需要從事前控制（如完善施工前期準備工作、編制并審核相關的技術方案）、事中控制（如檢查施工工序、施工材料本身質量、質量隱患）、事后控制（如竣工驗收、質量跟訪）方面加強全過程質量管理，實現施工與設計、技術文件等一致性。

4.5 施工安全管理

光伏電站項目在建設中還需要加強施工安全管理，與一般的工程項目相比，光伏電站建設通常施工周期并不是很長，但是通常占地范圍較大，涉及到土建工程與安裝工程，需要有大量設備與材料的使用，這些都增加了項目施工中的安全風險，避免發生施工安全事故威脅到施工人員的生命安全。安全管理方面，整個施工現場必須要有專業的安全員負責管理，并對參與施工的所有人員加強安全教育，并通過播放部分典型的安全事故與講解，提高每一位施工人員的安全意識。企業也需要盡到自身安全監督與管理責任，提供相關的安全保障措施。針對部分高危施工環節，需要加強與其他管理人員的溝通，保證技術措施、安全措施落實到位。強化光伏電站施工階段的有效監督，針對發現的安全問題需要及時通報，引起所有人員的重視，為光伏電站項目的順利建設創造良好的條件。

5、光伏電站運維措施

光伏電站在施工完成后還需要加強重視后續的運行維護，通過維護促進光伏組件的作用發揮，提高發電效果，保證光伏電站投資效益。筆者認為在光伏電站運維管理方面，需要注意以下幾點：

5.1 建立運維管理制度，規范運維工作

光伏電站包含了較多的硬件設施、軟件設施，并會受到環境因素的影響，因而在光伏電站建設完成后還需要加強日常運行維護。為進一步規范光伏電站的日常維護，需要針對性建立相關的管理制度，通過管理制度明確光伏電站的維護內容、維護周期、維護要點等，更好的指導光伏電站的相關運維工作。比如光伏電站在硬件設施維護方面，需要重視逆變并網、交流配電線路、光伏發電機組、配電柜、功率控制單元等相關維護，結合不同硬件實際應用環境與系統要求，指出其維護要點。管理制度中還需要視情況對數據交換系統等軟件設施予以升級、維護，提高軟件系統運行穩定性，定期評估通信系統、數據庫系統等有無漏洞，便于保證軟件設施的更新與維護，降低因軟件系統漏洞可能對整個光伏電站管理造成的不利影響。從光伏電站技術管理人員角度分析，需要在規章制度中明確對相關人員的技術培訓周期、考核方式等，便于工作人員專業素質的不斷提高。通過建立運維管理制度，能夠系統化規范光伏的運維工作，更好的指導光伏電站的日常運維，保證相關設備的正常運轉以及光伏電站的運行安全。

5.2 注重運維記錄分析，提高光伏電站運維的針對性

光伏發電中，需要做好運行維護記錄，總結常見的故障類型、原因等，通過積累經驗，明確光伏電站運行期間的常見問題，提升光伏電站運維的針對性。比如通過對并網逆變器等相關設備的維護，既要重視常規零部件的維修與更換，還需要保證蓄電池可有效充電、放電，保證不同蓄電池有較好的儲能能力。針對光伏電站，還需要加強對數據傳感器的日常維護與定期檢測，確保光伏電站運行中各種數據能夠準確傳輸，便于及時了解系統的運行情況。光伏電站在運行維護過程中還需要重視一些細節問題，比如結合光伏電站所在區域的實際情況，加強對光伏組件表面的檢查，結合實際情況做好光伏組件的表面清潔工作，針對存在異常的光伏組件做好及時維修或更換，確保所有光伏組件可正常工作，提高整個光伏電站的發電效率。

5.3 優化光伏電站管理模式

光伏發電作為一種新能源，太陽能發電技術也日益成熟，對應的有新能源的技術與管理標準要求，同時國家從政策上給予了一定的扶持，這些都有利于更好的進行光伏發電站管理。國家當前對使用太陽能發電用戶在電費上給予一定的補貼，這些都對光伏電站的管理提出來新的要求，需要在具體管理中對光伏電站管理模式持續優化。通過管理模式的不斷優化，保證光伏發電的經濟效益。為更好地對光伏發電中的線路予以管理，可采取家電統一配備，并選擇集中供電模式，保證對光伏電費的及時征收。實際上因為較多光伏電站建設在偏僻的地區，甚至以扶貧項目的形式開展，造成光伏發電建設完成后缺少維護，對此，需要結合實際供電情況，積極與當地電力部門協作，并利用現代信息技術進行遠程管理，依靠管理模式的創新與發展，提高對光伏電站的運行維護管理效果。

結語：

光伏電站建設期間需要加強全過程管理，從多角度落實對光伏電站項目的管理，保證整體建設質量，保證投資效果。光伏電站在建設后很容易忽視運維管理，造成光伏電站在運行中出現故障或者運行效率降低，因而需要從多角度采取管理措施，加強對光伏電站的運維，積極總結經驗，記錄運維相關問題，積極探索并創新管理模式。