目前,我國光伏產(chǎn)業(yè)已進入規(guī)?;l(fā)展階段,越來越多的光伏電站進入長達25年的運營期。運營期間發(fā)電水平是影響電站經(jīng)濟效益的關鍵因素,因此如何保障光伏電站高效發(fā)電成為運營商面臨的首要問題。而解決該問題前,首先需進行光伏電站設備損耗分析,明白電站損耗發(fā)生在哪里。
以光伏方陣吸收損耗和逆變器損耗為主的電站損耗
光伏電站出力除受資源因素影響外,還受電站生產(chǎn)運行設備損耗的影響,電站設備損耗越大,發(fā)電量越小。光伏電站設備損耗主要包括四類:光伏方陣吸收損耗、逆變器損耗、集電線路及箱變損耗、升壓站損耗等。
(1)光伏方陣吸收損耗是從光伏方陣經(jīng)過匯流箱到逆變器直流輸入端之間的電量損耗,包括光伏組件設備故障損耗、遮擋損耗、角度損耗、直流電纜損耗以及匯流箱支路損耗;
(2)逆變器損耗是指逆變器直流轉(zhuǎn)交流所引起的電量損耗,包括逆變器轉(zhuǎn)換效率損耗和MPPT最大功率跟蹤能力損耗;
(3)集電線路及箱變損耗是從逆變器交流輸入端經(jīng)過箱變到各支路電表之間的電量損耗,包括逆變器出線損耗、箱變變換損耗和廠內(nèi)線路損耗;
(4)升壓站損耗是從各支路電表經(jīng)過升壓站到關口表之間的損耗,包括主變損耗、站用變損耗、母線損耗及其他站內(nèi)線路損耗。
經(jīng)過對綜合效率在65%~75%、裝機容量分別為20MW、30MW和50MW的三個光伏電站10月份數(shù)據(jù)進行分析,結(jié)果顯示光伏方陣吸收損耗和逆變器損耗是影響電站出力的主要因素,其中光伏方陣吸收損耗最大,占比約20~30%,逆變器損耗次之,約占2~4%,而集電線路及箱變損耗和升壓站損耗相對較小,總共約占2%左右。
進一步分析上述30MW的光伏電站,其建設投資約4億元左右,該電站在10月份損耗電量為274.66萬kW?h,占理論發(fā)電量的34.8%,如果按一度電1.0元計算,10月份共損失411.99萬元,對電站經(jīng)濟效益影響巨大。
如何降低光伏電站損耗,提高發(fā)電量
光伏電站設備的四類損耗中,集電線路及箱變損耗和升壓站損耗通常與設備自身性能關系密切,損耗比較穩(wěn)定。但如果設備發(fā)生故障,將會引起較大的電量損失,因此要保證其正常穩(wěn)定運行。而對于光伏方陣和逆變器,可以通過前期施工和后期運維盡量減少損耗,具體分析如下。
(1)光伏組件和匯流箱設備故障損耗
光伏電站設備很多,上述示例中的30MW光伏電站有420臺匯流箱,每個匯流箱下有16條支路(共6720條支路),每條支路有20塊電池板(共134400塊電池板),設備總量巨大。而數(shù)量越多,設備發(fā)生故障的頻率就越高,產(chǎn)生的電量損失也越大。常見的問題主要有光伏組件燒毀、接線盒起火、電池板碎裂、引線虛焊,匯流箱支路故障等,為了降低這部分的損耗,一方面要加強竣工驗收力度,通過有效的驗收手段保障電站設備與是從質(zhì)量,包括出廠設備質(zhì)量、設備安裝、排布達到設計標準,電站施工質(zhì)量等;另一方面要提升電站智能化運行水平,通過智能化輔助手段進行運行數(shù)據(jù)分析,及時找出故障源,進行點對點的故障排查,提升運維人員的工作效率,降低電站損耗。
(2)遮擋損耗
由于光伏組件安裝角度、排布方式等因素影響,導致部分光伏組件被遮擋,影響光伏陣列的功率輸出,導致電量損失。因此,在電站設計施工過程中,要避免光伏組件處于陰影中,同時為了降低熱斑現(xiàn)象對光伏組件的損壞,應加裝適量旁路二極管將電池組串分為若干部分,使得電池串電壓和電流按比例損失,減少損失電量。
(3)角度損耗
光伏陣列的傾角根據(jù)目的不同在10°~90°范圍內(nèi)變化,通常選擇所處的緯度。角度選擇一方面影響太陽輻射強度,另一方面由于塵埃、積雪等因素影響光伏組件發(fā)電量,例如角度設定45°以上時,能夠使20~750px厚的積雪靠自重滑落,較少因積雪遮擋造成的電量損失。同時,可通過智能化輔助手段控制光伏組件角度,以適應季節(jié)、天氣等變化,最大限度提升電站發(fā)電量。
(4)逆變器損耗
逆變器損耗主要體現(xiàn)在兩方面,一是逆變器轉(zhuǎn)化效率引起的損耗,二是逆變器的MPPT最大功率跟蹤能力引起的損耗。這兩方面都是由逆變器自身性能決定,通過后期運維降低逆變器損失的效益較小,因此鎖定電站建設初期的設備選型,通過選擇性能較優(yōu)的逆變器降低損耗。后期運維階段,可通過智能化手段采集逆變器運行數(shù)據(jù)并進行分析,為新建電站的設備選型提供決策支持。
通過以上分析可知,損耗將造成光伏電站的巨大損失,應首先通過降低重點區(qū)域損耗提高電站的綜合效率。一方面通過有效的驗收工具保證電站的設備及施工質(zhì)量;另一方面在電站運維過程中,要借助智能化輔助手段,提升電站的生產(chǎn)運行水平,提高發(fā)電量。