中国分布式光伏发电工程质量保障体系研究(一)

中国科学院电工研究所可再生能源发电咨询与培训中心 陈光明 马胜红 李 斌 尚永红 刘 鑫 孙李平 张亚彬 熊 燕

一 分布式光伏发电发展现状

1 分布式光伏发电的发展

(1)分布式光伏发电的定义和范畴

根据国家标准GB 50052-2009《供配电系统设计规范》，分布式电源主要是指布置在电力负荷附近，能源利用效率高并与环境兼容，可提供电、热(冷)的发电装置，如微型燃气轮机、太阳能光伏发电、燃料电池、风力发电和生物质能发电等。

据相关书籍资料介绍，分布式发电(Distributed Generation，简称DG)，通常是指发电功率在几kW至几十万kW(也有的建议限制在3～5万kW以下)的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。

分布式光伏发电定义为，容量在几kW～10万kW范围内，接近负荷中心、独立运行的或接入配电网的光伏发电系统。根据Q/CSG 10012-2005《中国南方电网城市配电网技术导则》规定110kV及以下电压电网为城市配电网。

分布式光伏发电与大型光伏发电系统相比较，具有规模适度、投资小、形式灵活等特点。分布式光伏发电系统距离负荷中心较近，发出的电能可就近消纳、无需远距离输电，降低了输电损失，减少了输变电线路的设备投入和维护费用。与建筑结合的光伏发电系统还具有利用原有建筑面积，无需额外占用土地的优点。

(2)分布式光伏发电现状

在欧洲各国，光伏发电以分布式光伏发电为主，占欧洲光伏总装机容量的70%。目前，德国、西班牙、意大利等国开始削减光伏补贴，其中大型光伏系统和小型光伏系统区别对待。对大型光伏系统设定年度补贴上限、大幅下调补贴的同时，小型光伏系统备受优待，其中给光伏屋顶的电价补贴更高，并且项目越小补贴越高。欧洲各国光伏补贴政策的调整显示其对分布式光伏发电的重视，在近一段时期内以发展分布式光伏发电为主。

目前，由于尚不具备远距离输送大规模光伏电力的输电线路等条件，近期国内光伏发电将以发展分布式光伏发电为主。按中国的太阳能资源分布，西北部是大规模光伏电力产出地区，东南部是电力消费地区，需要大量的电力，将西北部的电力输送至东南部地区目前尚存在困难。中国政府已经明确了光伏分布式电源发展的方向。2009～2010年，两次推出“金太阳示范工程”和“光电建筑示范项目”，均旨在推进分布式光伏发电的大规模应用。

据中国电力企业联合会发布的2011年第一季度全国电力供需与经济运行形势分析预测报告，2011年1月份全国电力供需矛盾比较突出，2、3月份部分地区有电力供应缺口，后三个季度，全国电力供需形势偏紧，特别是迎峰度夏期间电力供应缺口可能进一步扩大，预计缺口在3000万kW左右，建议加快电源点建设。随着我国经济发展，东南缺电的局面仍将在相当长时期存在，由于核电危机造成的核电发展指标下调和推迟，只能靠风电和太阳能发电来替代。在这种电力紧张的形势下，建设适当规模分布式光伏发电可作为原有电源的有益补充。利用分布式光伏发电可发挥其建设周期短、投入运行快的特点，作为分布式电源点为负荷提供电力。由于分布式光伏的功率输出特性与日负荷及夏季用电负荷吻合性好，适当规模的分布式光伏发电可在一定程度起到消峰的作用，十分有利于缓解电网的峰值压力。分布式光伏发电可能会迎来发展的大好机遇。

2 分布式光伏发电工程存在的质量问题

受益于政府对光伏发电的大力支持，国外分布式光伏发电起步较早，发展较快，累计装机容量大，市场较为成熟。尽管各国均建立了质量保障体系，控制分布式光伏发电工程质量，但还是暴露出不少质量问题。如不合格的搭建，在屋顶安装光伏组件，支架设计不合理，支架与屋顶连接不牢固，存在着大风吹落组件的风险(图1)；光伏组件质量不合格，积雪覆压导致组件变形损坏(图2)；安装光伏组件的房屋发生火灾事故(图3)等。

图1 支架与屋顶连接不牢固

图2 组件被积雪覆压导致变形

图3 火灾事故

中国光伏发电应用起步较晚，目前安装容量不大，但近两年在国家政策扶持和地方政府支持下，分布式光伏发电正在快速发展。由于大部分项目建成运行时间短，尚未充分暴露质量问题。然而以往的一些离网项目中已经出现过不少质量问题。如存在光伏组件质量不过关，光伏组件在使用几年之后，出现电池片烧损断裂、组件玻璃破碎等问题(图4)；工程后续管理不严，电站遭到破坏，光伏组件被盗(图5)、组件损坏等现象的发生。

图4 电池片烧损断裂

图5 光伏组件被盗

在一些并网光伏项目中，也出现系统设计不合理，建筑物阴影遮挡光伏阵列表面，支架在1～2年就锈蚀；在系统设计时，没有对光伏发电系统输出特性进行分析；对于寿命期后设备的拆除、更换未作考虑；缺失设备入场检测程序；验收规范不全；没有建立完善运行与管理的规范制度；后续评价机制没有建立，存在对项目建成验收后管控不严的隐患等问题。

从以上分布式光伏发电项目存在的种种问题可以看出，一些工程质量问题不仅影响了系统的正常发电，甚至存在引发严重事故的隐患，可能造成巨大的经济损失。抓紧建立完善的质量保障体系，紧抓工程质量，预防由于质量问题引发的事故是必须和迫切的。

二 国外分布式光伏发电工程质量保障体系的经验与借鉴

1 德国光伏发电质量保障体系

迄今，欧盟占据了全球最大的光伏市场，其中德国是欧盟成员国中光伏市场最大的国家。2010年，德国实际可再生能源占电力消费总量达到16.8%。其中，光伏发电装机容量达到17.3GW，年发电量120亿kWh，占电力消费总量的2%。

德国的上网电价政策有效地推动了其国内光伏市场的快速发展。上网电价法规定，电网运营单位有义务在可再生能源发电系统建成后将其接入电网，并且确保可再生能源发电系统优先接入电网，电网接入费用由光伏发电业主单位负责。电网运营单位根据政府确定的上网电价收购光伏系统在其建成后20年的发电量。业主的投资回报通过电力销售实现，业主需要考虑其光伏系统的可靠性及发电运行情况，保证工程质量。

为了确保光伏系统的质量，德国目前关于光伏产品的认证包括VDE认证、TUV认证。认证过程采用的标准既有IEC、ISO等国际标准，也包括德国国内的光伏产品相关标准。认证的产品包括逆变器、接线盒、线缆、支架等光伏系统所需的部件。目前德国国内的TUV和VDE等认证机构不仅提供产品的认证，也开始提供系统认证，业主可根据需要自愿选择。

RAL质量标识是德国太阳能协会提供的光伏发电系统的认证标识。具备该标识的公司，证明其提供的光伏相关产品、规划、设计、施工以及运行维护等服务，符合RAL的相关规范和要求，并按照RAL提供的要求对其提供的产品和服务进行备案以备核查。RAL质量标识涵盖的领域见图6。RAL质量标识的认证不是采用新制订的标准或规范，而是将各类与光伏发电相关的标准和规范纳入其标识认证体系中，愿意加入RAL质量标识的会员单位必须经过RAL质量标识认证的审核。

RAL标识供光伏领域的投资、银行和保险等领域免费使用，提高其建设光伏工程的效率。RAL标识对保障分布式光伏工程的质量有重要的作用。目前，很多保险公司已经将其业务扩展到光伏发电领域。

采用RAL进行质量管理的优点:

控制环节全面:RAL标识涵盖的领域包括光伏系统相关的产品，光伏电站的规划设计、选址、施工、运行和维护。从光伏工程中部件的采购，到系统的正常运行，全过程质量控制，将工程的风险降到最低。

操作简便:投资者仅需要购买含有RAL标识的公司提供的产品和服务，即可实现其产品和服务符合RAL认证过程中的规范和标准。

管理成本低:成为RAL的会员后，光伏产品的生产厂商及服务提供商将按照RAL规定的要求提供产品和服务，政府部门无需介入各个工程项目的管理，节约大量的管理成本。质量的控制由产品和服务提供商自我约束和德国太阳能协会监督共同完成。

RAL在保障光伏发电系统方面发挥了重要作用。但是，仍存在以下问题:

(1)光伏市场情况与RAL的实施力度密切相关。当光伏产品是卖方市场时，RAL标识很难发挥作用。由于RAL标识的使用是企业自主加入的方式，当光伏产品处于卖方市场时，投资者如提出符合RAL要求，其采购难度会更大，因此RAL标识将很难发挥作用。

(2)RAL标识采用的产品采购等相关的文件权威性不足，公众认可度低。RAL标识是行业组织制定的条款，非国家行政机关制定，缺乏权威性，认可度低。

(3)RAL标识会员的违规成本较低。RAL标识是企业对其提供的产品和服务的质量保证的承诺，如果违反了RAL的标识规定，违规的处罚仅是取消其会员资格。而企业会员的年费均在1000欧元以内，违规成本较低，不能有力地保护投资者利益。

2 美国光伏发电质量保障体系

目前，美国光伏工程质量是依靠市场来调节和管理的。如果光伏工程的质量不过关，质量差，那么这些公司很难生存。因此，企业将光伏工程的质量作为生存的必要条件。

美国国内的光伏标准包括ASME、IEEE、NEC、SEMI、UL等标准。标准涵盖的领域包括光伏组件、逆变器、电网接入、安全要求、建筑房屋等光伏系统相关的各个方面。光伏发电系统的安装和使用过程中的安全问题是美国标准中十分关注的领域，NEC标准第690章专门针对光伏发电系统安全做了规定，包括接线、标记、接地、储能等。

加州是美国光伏发电市场规模最大，历史最久，相关技术及制度较为完善的地区。加州公共事业委员会和参议院批准了加州太阳能行动计划，该计划的目标是到2017年在私人及公共建筑安装3GW的光伏系统。为了高质量的完成该计划，确保光伏发电工程质量可靠，发电系统高效率发电，加州公共事业委员会制定了一套完整的质量管理方案。

项目的激励政策分为一次性补贴EPBB(Expected Performance Based Buydown)和电费补贴PBI(Performance Based Incentives)两种方式。随着项目的实施，补贴额度逐渐降低。申请者越早申请项目，获得的补贴将越高。对于逆变器侧输出＜50kW的光伏项目采用EPBB补贴方式，按照安装容量的折算值进行补贴；对于逆变器输出≥50kW的光伏项目采用PBI补贴方式，按照上网电价收购光伏系统建成后五年内的发电量。由于项目的补贴是依据光伏系统的发电量，业主必然很关注安装、运行和维护质量来确保高的发电量，从而获得高的电费补贴。不适合EPBB补贴方式的光伏系统，均需申请基于发电量的PBI补贴方式。

加州公共事业委员会对补贴的光伏项目提出了具体的要求，主要包括申请者、发电设备的资格、能源效率、质保、延续性、电网接入、电表、核查、项目数据库以及其他要求。

加州太阳能行动计划的实施流程，包括申请过程、项目安装、电网接入和申请补贴，如图7所示。

申请者在申请补贴时需要先提交申请，在提交申请后，政府将预留该项目所需要的款项，当光伏系统安装并接入电网后，政府将该款项拨付给申请者。 (待续)