当前光伏电站设计中提升发电效率的途径和方法

当前光伏电站设计中提升发电效率的途径和方法于金辉中国电子工程设计院所长太阳能资源来源，尤其是前几年的确很难获得，获得的渠道也是五花八门，但是经过这几年逐步的完善，逐步的对全国太阳能资源有一些共性的认识。主要利用的工具就是现场利用红外、热成像仪和点致发光等手段识别和分析可能的影响功率的失效模式，抽查电站组件、测试功率、验证衰减率，测试组件在低辐照下的性能，还有测量和分析组件工作温度，我主要把结果和大家分享一下。这个就是现在比较严重的组件质量问题，刚才肖总监说得很详细了，这是一个真实的电站，两片组件影响输出功率是 27%，另一片是 -11%，还有蜗牛纹，整个电池片的碎裂，对电站的影响非常大的。这也是一种模式，就是热斑，刚才说的因为灰尘、鸟屎影响还是比较严重的，影响发电效率，还影响电站的安全性，严重的就影响火灾。多晶硅组件首年一般都是 2.5%， 正常衰减头一年是 2.5%，实际上首先年衰减达到了 3%-5%，这个比较普遍，也是实际的情况，一般厂家和业主要求组件厂对首年衰减进行承诺的话是不太现实，因为实际上达不到。这是实际项目的一个衰减，对经济性的影响。还有一个就逆变器，对于谐波一些数据，还有电压不平衡、功率因素、电压闪电的检测，我说一下关于谐波的问题， 一般逆变器厂家说谐波小于 3%， 我们测的话一般是大于 15%，实际功率大于 15%的时候，谐波是小于 3%的，出力功率小于标准功率 15%的，谐波往往是很大。这个也是后面做设计的，不是你选逆变器越大越好，要根据电站的实际情况来选，又省钱了，实际运行效率更高。还有检测一下汇流箱，汇流箱的接线端口，这个也比较重要， 在后期运维的时候， 因为几百、 上千亩功率出去以后，及时发现组件出现问题，就及时更换，对整个电站的效率本身影响比较大， 这个汇流箱虽然很便宜， 但是很关键的部件。还有运维系统，通过汇流箱的系统提供的直流测的这些数据，逐步分析会发现这些故障点，然后进行排除，提升本身的发电量。还有一个就是灰尘的影响，分地区吧，如果是比较好的话，像西藏、内蒙古四子王旗灰尘损失只有 2%，而在青海、甘肃新疆等西部比较严重的地步可达到 8%~9%。还有组件串联失配和并联功率损失，肖总监也说到了，组件尽量选同一批次的来进行电站的设计，如果达不到这个，要分批的话，也最好是在同一逆变器下，或者是采用相同批次的组件，相同的功率，因为如果不一致的话会有一个短板效率， 这个也是本身影响电站比较大的损失， 还有就是并联，组串并联以后，并联损失有 6%左右的损失，串联是 1.5%，并联是 0.4%的损失。直流侧电缆的线损，现在因为这个东西比较贵，占整个电缆造价的 70%，减少这个线损，可能你投入的成本更高，现在基本上控制在线损是 2%， 性价比相对比较高。 然后是对发电量进行实际的对比，还有对设备的可利用率进行分析，基本上整个设备的可利用率达到了 98%，关键的部件如果是出现故障，对发电量的影响比较大，这个是汇流箱导致的一些问题。根据电站实际发电量与实地检测的辐照值计算的理论发电量之间的比值得出系统效率，针对咱们可研进行一对比，分析不同地区光伏电站的灰尘损失、温度损失、辐射量损失、直流线损失，逆变器效率、交流鲜笋、生涯损失等分析得出能够进行改善提高发电量的因子，所以在后期的电站设计里面重点就是考虑上面说的这些因素，还有就是经济可行，也不能用太好太贵的东西。后面存在典型的问题，我们在设计过程当中有一些小的经验跟大家分享一下。主要是投资方比较感兴趣的点进行阐述。对一些组件比较严重的，蜗牛纹、破损这些严重的组件要恢复，如果大面积的 PID 现象的组件可以进行修复，现在国内游一些厂家和技术，花的钱也不多进行修复。还有一些不是特别严重的组件进行调串，还有已经形成的组串进行调换，还有就是根据不同的地区制定不同的清洁方案，比如说在青海、格尔木，也有一些公司进行经济测算，他们认为两周清是一次经济性是最好的，在西藏和青海一个月或者两个月，不同季节有有不同的清洗方案，这个对发电效率影响还是比较大的。还有就是汇流箱，一个是汇流箱能及时发展问题，发现问题不去解决的话会容易引起安全事故，这个要进行分块。而且要制定长期的发电量跟踪，发现发电量有异变要排除，不光是发电量损失的问题。刚才说嘴尖对调串的方案，这个损失是叠加的，所有已经损害的组件放在一起，能够减少发电量损失，这个是损失不是很严重的情况进行一些成本相对比较低的优化方案。从设计角度，还是要控制造价，在比较经济的前提下来考虑，一个就是线缆限损的计算，还有就是不同逆变器和电器安装方式对 PID 性能的影响，尤其是在高温高湿的地区，PID 是特别重视的一方面，这个对发电站影响是巨大的，这是我们重点考虑的。还有就是装机容量的设计，因为批复实际的安装量，比如说皮批复一个 20 兆瓦的电站的话，实际上现在还是有一些经济性的考虑，是不是稍微再大一点，也是针对不同地区。还有组件电流和电压匹配，还有跟踪系统的选用等等。这是组串，我们有一些计算方法，这个是比较通用，主要是选择根据 MPPT最大的直流，这块当地气象部门不是组件的工作最低温度，这对相对要放大一些，前期因为比较保守，考虑温度极低，组串数量也比较少，像大的逆变器一般都是 20，尤其是南方地区可以放在 11、 22，本身也是提高了整个电站的经济性，降低了整个系统成本，使这个页边其相对的公益，可能一并就达到 15%高效的运动模式。还有就是组件与逆变器的配比，这个也是问题，也是按照 1： 1 的配比，这个要分地区，西北地区要考虑组件和逆变器，但是南方地方有一些屋顶项目， 这块没有办法按照 1： 1 来考虑，因为它达不到，这块还是要具体的根据实际情况来考虑这些问题。还有一个是用地方面，现在早期的地是免费的，没有考虑用地的问题， 实际上目前在山地项目， 对用地指标的要求，这块也是为了降低用地，会降低现损的使用量，减少土地的租金费，最佳晴雨表对整个电站系统来说并不一定是收益最好的，尤其在一些华东地区，比如说在山东、河南、河北，这些山地项目适当降低轻角有更好的收益，因为差五六度，七八度对整个发电量实际产生的影响是微乎其微的，但是降低的造价是特别明显的，这也是值得大家考虑的问题。还有就是方阵间距，要根据实际的辐照量，这个也是前期设计规范里面要求的是 9 点到 15 点的计算方法，冬至日的计算方法，实际上在用地这块不是特别限制的情况下，可以增强，尽量减少遮挡，这样效益还是比较明显的。这是格尔木的电站，如果全年考虑的话，考虑一小时，原来是 15点，现象考虑到 8 点半到 1. ： 30，这个也是要确定，根据土地的情况是不是收费。还有一个就是目前经常遇到的根据不同的项目沟通的，现在比较流行的就是集中式的组串的逆变器，我们现在目前做一些项目和实际上的情况，在山顶项目和屋顶项目，是采用这种逆变器， 本身低压并网比较灵活， 还有一些山地项目，它的角度，或者整个角度是随着地势变化，这块应该会产生一个好的项目，但是对于大平地，大屋顶，我们还是因为成本的问题，没有采用集中逆变器。还有就是跟踪系统，基本上经过我们前期的实际运行，现在双轴跟踪基本上不怎么用了，成本太高了，占地也是最大的，经济效益性没有在商业化市场能够存活。单体的平单轴和斜单轴，还有联动式单轴是有明显的效益的，平单轴基本上是在低纬度地区使用，这个是比较明显的，价格都降下来了。联动式的平单轴成本比单体式平单轴比较低，这个主要在平坦的地区比较合适的。斜单轴是相对于纬度比较高的地区使用，你要是选用的比较好的设备的话，还是有明显的经济效益，但是这个斜单轴建议中纬度地区，也别太高，维度太高，占地太大，我觉得北纬别超过 40 度， 40 度以下可以考虑斜单轴。采购阶段给甲方看看就行了，这是比较流行的东西，还有就是施工前准备而且要按照流程来，现在整个项目，基本上是差不多三天，很多业主没有按照建设流程来走，基本上有的时候组件的比较难买，也是存在一些问题，所以施工这块不要出现设计万之后再进行更换，这个对施工也是比较大的问题。还有反复强调监控的问题，我们在电站是制定化管理的，跟管理运行要效益的，对直流侧数据的采集分析，这个对整个电站运行提高效率是特别重要的，前期建了电站没有使用，为了省钱，现在智能型汇流箱也不是很贵，可以及时的更换，因为它能够发现 PID、损失、不匹配都是要通过数据监控很容易发现这些问题，否则靠人工检查，或者拿红外去照也不现实，因为它是动态的，你今天没有问题，明天可能随着运行就坏了，这是值得重视的问题。还有就是对设备的定期检查。最近比较流行的新技术，纳米材料，防灰尘的涂抹，这个也是可以在用户阶段实施的，我们计算是 7 年收回，我觉得再过两年如果你有闲钱，建议甲方喷一部分，我觉得这个是的确有效的，钱不花就交税了，也算一些技改措施， 更换一些逆变器， 更换一些汇流箱， 涂抹一些防尘膜，这些钱该花还得花，因为你花完之后可以少上点税，你现金流特别好了，到第七年，第八年以后就交税了，这块还不如搞点技改。