數(shù)字化轉(zhuǎn)型讓光伏行業(yè)更智慧

文｜鄭根水

對光伏電站進(jìn)行數(shù)字化升級是解決當(dāng)下光伏行業(yè)發(fā)展困境的有效途徑，也是實(shí)現(xiàn)光伏電站增效提質(zhì)的重要手段

隨著化石能源的日益枯竭，以太陽能為代表的清潔可再生能源漸漸成為各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的核心。全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的壓力與持續(xù)增長的用能需求為光伏行業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間。然而伴隨著新機(jī)遇而來的，也有新的挑戰(zhàn)，借助云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，光伏行業(yè)開啟數(shù)字化轉(zhuǎn)型，向著能源轉(zhuǎn)型、智慧光伏的方向邁進(jìn)。

“雙碳”戰(zhàn)略下光伏行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國自2020 年提出“雙碳”戰(zhàn)略以來，持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極發(fā)展可再生能源。在相關(guān)政策的鼓勵(lì)與引導(dǎo)下，我國光伏行業(yè)迎來了黃金發(fā)展期。根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022 年10月底，全國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)3.6億千瓦，光伏發(fā)電量達(dá)3286 億千瓦時(shí)，光伏發(fā)電利用率達(dá)98.2%。伴隨著光伏應(yīng)用技術(shù)的不斷創(chuàng)新與突破，我國光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，發(fā)電成本逐漸下降，出口總額屢創(chuàng)新高，在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

盡管我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，但仍面臨著諸多痛點(diǎn)與挑戰(zhàn)。例如，光伏電站數(shù)量多、管理規(guī)模大、分布較散、類型多樣、系統(tǒng)孤島問題等。隨著光伏行業(yè)的國際競爭日益加劇，我國光伏產(chǎn)業(yè)如果想要實(shí)現(xiàn)“十四五”提出的高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)，并在國際主流賽道上繼續(xù)保持優(yōu)勢，還需要利用先進(jìn)的信息、數(shù)字技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，進(jìn)一步降低成本、提高效率。

以光伏電力變換與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過“智能+光伏”，打造智慧光伏電站，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、運(yùn)維管理的智能化與數(shù)字化，有效提高光伏電站的發(fā)電量，降低光伏電站的運(yùn)維成本，保障光伏電站安全正常的運(yùn)行。

據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示

將傳統(tǒng)的光伏電站升級改造成智慧光伏電站

科技驅(qū)動，“智能+光伏”打造智慧光伏

將人工智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)與光伏技術(shù)有機(jī)融合，以光伏電力變換與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過“智能+光伏”，打造智慧光伏電站，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、運(yùn)維管理的智能化與數(shù)字化，有效提高光伏電站的發(fā)電量，降低光伏電站的運(yùn)維成本，保障光伏電站安全正常的運(yùn)行。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，將傳統(tǒng)的光伏電站升級改造成智慧光伏電站，能夠?qū)l(fā)電量提升3%以上，運(yùn)維效率提升50%以上。由此可見，對光伏電站進(jìn)行數(shù)字化升級是解決當(dāng)下光伏行業(yè)發(fā)展困境的有效途徑，也是實(shí)現(xiàn)光伏電站增效提質(zhì)的重要手段。

降低系統(tǒng)損耗，提高發(fā)電效率。在發(fā)電與儲能方面，智慧光伏電站通過簡化組網(wǎng)方案與采用MPPT 控制器來降低系統(tǒng)損耗，減少系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。MPPT 控制器可以實(shí)時(shí)偵測太陽能板的發(fā)電電壓，追蹤最高電壓電流值，不僅能夠確保系統(tǒng)以最大功率輸出將太陽能電池板發(fā)出的直流電貯存在蓄電池中，還能夠降低遮擋、灰塵、組串失配等情況對太陽能板的影響。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在地形平坦的地區(qū)，智慧光伏電站可以將發(fā)電量提升5%以上；在屋頂、山地等區(qū)域，智慧光伏電站可以將發(fā)電量提升更多。除了提高發(fā)電效率外，智慧光伏電站還充分利用人工智能技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行，使系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況自動調(diào)節(jié)發(fā)電、儲電、用電等模式，克服傳統(tǒng)光伏電站存在的間歇性、波動性等缺陷，進(jìn)一步降低發(fā)電與用電的成本。在儲能方面，智慧光伏電站積極探索、推進(jìn)光儲一體化，通過配置合適的儲能系統(tǒng)將光伏電站從電流源轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷涸矗瑢?shí)現(xiàn)可儲可控與削峰填谷，在確保電網(wǎng)穩(wěn)定性的同時(shí)，增強(qiáng)電網(wǎng)。

構(gòu)建可視智能運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)光伏提質(zhì)增效。在運(yùn)維管理方面，智慧光伏電站依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能算法等技術(shù)構(gòu)建可視化、自動化、智能化的運(yùn)維模式，實(shí)現(xiàn)光伏電站運(yùn)維方面的提質(zhì)增效。智慧光伏電站借助數(shù)字孿生技術(shù)可以按照真實(shí)比例構(gòu)建三維可視化數(shù)字孿生光伏電站場景，為運(yùn)維人員提供形式多樣的數(shù)據(jù)信息，幫助運(yùn)維人員及時(shí)了解電站當(dāng)前的發(fā)電計(jì)劃、發(fā)電量、機(jī)組運(yùn)行容量、負(fù)荷率以及發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等情況，以便運(yùn)維人員根據(jù)實(shí)際需求指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，智慧光伏電站通過引入大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)電站數(shù)據(jù)的自動采集、自動分析。當(dāng)相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果提示電站需要進(jìn)行健康體檢時(shí)，智慧光伏電站會自動進(jìn)行健康體檢并生成健康報(bào)表，然后大數(shù)據(jù)分析會再次對健康報(bào)表進(jìn)行分析，為運(yùn)維人員提供精準(zhǔn)的維護(hù)建議，提高運(yùn)維人員的維護(hù)效率。除此之外，智慧光伏電站還會利用人工智能對各類傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定電站當(dāng)前的運(yùn)行狀況以及周邊的環(huán)境情況，然后根據(jù)分析結(jié)果驅(qū)動智能控制單元調(diào)整電站的運(yùn)行狀態(tài)，使電站在不同的環(huán)境下保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

全生命周期監(jiān)控管理，科學(xué)診斷安全可靠。在安全保障方面，智慧光伏電站能夠利用無人機(jī)和工業(yè)機(jī)器人對一些高重復(fù)性、高危險(xiǎn)性的運(yùn)維工作進(jìn)行巡檢和維護(hù)，并依靠數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電站設(shè)備全生命周期的監(jiān)控與管理，真正做到安全防護(hù)自動化、巡檢監(jiān)測無人化、診斷分析科學(xué)化。在電站的日常巡檢中，無人機(jī)和工業(yè)機(jī)器人會將現(xiàn)場的巡檢數(shù)據(jù)與維護(hù)數(shù)據(jù)自動上傳到數(shù)據(jù)庫中，并通過專家運(yùn)維系統(tǒng)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，得出科學(xué)的診斷分析，指導(dǎo)運(yùn)維人員及時(shí)對電站故障及潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行維修與排查，提升電站的生產(chǎn)力與安全性。在電站設(shè)備的日常監(jiān)測中，智慧光伏電站的數(shù)據(jù)中心會實(shí)時(shí)更新設(shè)備傳感器傳回的數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)信息與設(shè)定的正常值區(qū)間進(jìn)行比對，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)中心便會生成相應(yīng)的可視化報(bào)表，自動傳輸?shù)竭\(yùn)維人員的操作端設(shè)備中，同時(shí)驅(qū)動警報(bào)器發(fā)出警報(bào)，幫助運(yùn)維人員快速定位發(fā)生故障的電站設(shè)備，縮短檢修時(shí)間，提升電站運(yùn)行穩(wěn)定性。

主動自適應(yīng)電網(wǎng)變化，提供新能源并網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)。在增強(qiáng)電網(wǎng)方面，新能源電網(wǎng)適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)隨著新能源的快速發(fā)展而不斷演進(jìn)，要求新能源在支撐電網(wǎng)穩(wěn)定性的同時(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)電網(wǎng)，最終并入電網(wǎng)。智慧光伏電站擁有主動電網(wǎng)自適應(yīng)技術(shù)，通過對逆變器進(jìn)行數(shù)字化、智能化改造來獲得高速處理能力、高采樣能力與高控制頻率，能夠主動適應(yīng)電網(wǎng)的變化，滿足電網(wǎng)的接入要求，為新能源并網(wǎng)提供經(jīng)驗(yàn)。

作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，光伏發(fā)電未來將不斷加強(qiáng)與數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)等信息技術(shù)的融合，借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警與智能調(diào)度，提高電站發(fā)電機(jī)組的可靠性與安全性，進(jìn)一步發(fā)揮光伏發(fā)電的優(yōu)勢。未來，光伏發(fā)電還將結(jié)合5G、特高壓等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)拓展更多智能融合場景，并與其他產(chǎn)業(yè)融合，加速成為我國主力能源，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。