光伏电站运维及增值管理的研究及运用

莫海宁 张 丛

上海普天中科能源技术有限公司

光伏电站运维及增值管理的研究及运用

莫海宁 张 丛

上海普天中科能源技术有限公司

从光伏电站运维及增值管理入手，分别介绍其现状、影响因素、优化方法和应用效果, 并将相关研究成果在光伏电站运营中推广。

光伏；运维；增值；效率

随着国内光伏电站装机容量的快速增加，当前光伏电站的运营维护已成为各家持有光伏电站投资者迫在眉睫要梳理并解决的业务，确保光伏资产的保值和增值。如何对光伏电站有效地监控、系统能效分析、系统匹配优化、组件清洗、故障点的快速确定和应急措施，提高运维工作效率、降低运维成本、提高光伏电站发电效率等问题，是当前光伏发电市场急需解决的问题。

1 光伏电站运维概述

光伏电站运维是以保障光伏电站安全运行为基础，通过科学评估、预防性维护、周期性维护以及定期的设备性能测试等手段，经济有效的对电站进行管理，以保障整个光伏电站的安全、稳定、高效运行，从而保证投资者的收益回报，也是电站交易、再融资的基础。随着全球光伏产业的迅猛发展，伴随着光伏电站的建设质量问题、安全问题也频频爆发，越来越多的光伏电站面临运维的难题。诸如设计缺陷、设备质量缺陷、施工不规范等问题都给光伏电站的运维带来了严峻的挑战。

国内光伏电站建设的热情受补贴政策影响很大，导致大部分项目工程建设周期短，很多地方出现“大跃进”模式的抢装现象，这必然会影响光伏电站的质量和运行安全性能。电站设计考虑不周全、使用劣质设备产品、安装人员技能水平不足、施工时间短等因素，这就造成光伏电站发电效率下降和质量事故频发。如没有有效地进行控制和优化，必然影响项目的投资收益和运行安全。因此，光伏电站运维及电站资产增值的管理是光伏能源发展的首要目标。

2 国内光伏运维发展状况

国内光伏电站运维发展可分为4个阶段。

（1）2009年前送电下乡，无电地区的光伏扶贫项目启动，如西藏等地区，主要是一些微小型的离网型户用光伏系统，属于基本无运维或者称作小运维阶段。

（2）2009～2013年，一次性补贴下的金太阳光伏电站的运维，由于抢工期及消耗产品库存的因故，金太阳光伏项目大部分存在较大工程质量隐患，本期间的光伏运维主要关注设备的完好性和安全性。

（3）2013～2016年，基于度电补贴的要求，开始从设计、建设以及运行维护等各个环节都开始考虑电站实际收益，光伏电站投资方逐渐意识到运营维护的重要性。

（4）2016～未来，将是基于电站资产管理的电站运维，光伏一站式监控管理，实时监控光伏电站的运行状态，及时进行运维及优化，确保光伏电站资产的保值和增值。

目前光伏电站的持有者一般分为以金融为主导的光伏投资型企业、以发电为主导的电力生产型企业和以自用为主的家庭光伏业主。多数运维团队均未有运营电站的发电经验，经验的稀缺导致运营光伏电站发电量提升和故障处理存在技术性障碍。很多企业主要精力也放在规模扩张和持有资产增加上，对于发电运营领域的关注少之又少。而这些企业持有的光伏电站数量庞大，分布区域广，对资产的统一有效管理是势在必行的趋势。

3 国内光伏电站运维存在的问题

近几年，国内光伏发电项目快速发展，而后期电站的运营维护没有受到重视，尤其前期设计、施工时，没有充分考虑光伏运维的需求，缺少光伏的运维措施配置和经验。目前光伏电站运维主要存在以下几大问题。

（1）电站安全管理问题，从业人员混杂，未进行职业技能培训和指导，安全意识淡薄，缺乏有效的安全监督；

（2）员工无光伏经验且无成熟的光伏运维管理体系借鉴，运维方法缺少科学依据；

（3）新兴新能源产业，专业技术人才的缺口较大；

（4）光伏运维缺乏标准、技术和规范的支持；

（5）缺乏有效的预测手段，电站运维效果预期难以评价；

（6）缺乏光伏运维一站式管理手段，运维人员很难及时发现故障或系统缺陷。

4 一站式光伏运维及增值管理

4.1 一站式光伏运维及增值管理模式

目前国内光伏电站存在系统安装布置分散、系统发电能效低下、故障点未能及时反馈、运维方法不当等问题，如何选择最佳光伏运行方案及运维管理模式，一站式光伏电站运维模式将很好的解决这些问题。

一站式远程光伏运维管理监控系统具备能效分析、组件工作状态监控、组串与逆变器匹配性监控、组件清洁度监控、故障提醒和原因分析、系统匹配性分析、运维事件记录等功能，采取无线数据传输及远程监控策略，向运维人员实时反馈真实、直观、有效地系统信息和运维需求指令，实现光伏发电站资产的保值和增值。一站式光伏电站运维管理监控系统的技术线路如图1所示。

4.2.1 组件表面清洁度评估系统

灰尘、鸟粪、油污等覆盖在光伏组件表面，遮挡了较大部分的光照，对光伏电站发电效率有较大的影响。例如，北方干旱少雨地区，风沙较多，如没有采取有效地清洁，光伏电站的发电效率下降高达45%以上，严重影响光伏电站的利用价值。因此，有必要对光伏组件的清洁度进行监控评估，给运维人员反馈光伏组件实时的清洁程度，运维人员将根据实际情况安排组件清洁工作。

图1 一站式光伏电站运维技术线路4.2运维及增值管理研究

目前，针对光伏组件表面的清洁度评估问题，基本靠人的视觉去主观判断，无法评价灰尘、鸟粪、油污等光伏组件表面的附着物对光伏电站发电效率的影响程度，也无法合理地安排光伏组件清洁工作。考虑到清洁成本和提高发电带来的收益进行比较，设置清洁度等级（0%～100%），用户可以根据光伏电站所在地区特点和实际需求设置一个最优的清洁度临界点作为运维需求告警点。

光伏组件表面清洁度评估系统包括温度传感器、电压传感器、电流传感器、环境监测仪、光伏数据处理箱、运维管理中心和通信电缆。光伏数据处理箱通过螺栓固定于光伏组件底下的钢支架上，光伏数据处理箱内部放置开关电源、交换机及光伏数据处理器。环境监测仪安装于光伏电站空旷无遮挡地面的专用支架上，环境监测仪包括光照传感器、风速风向传感器、环境温度传感器、湿度传感器。温度传感器、电压传感器、电流传感器固定在光伏组件背板上。光伏数据处理箱中的开关电源通过导线给环境监测仪和光伏数据处理器供电，环境监测仪、温度传感器、电压传感器、电流传感器采集到的信息通过RS 485屏蔽双绞线传输到光伏数据处理器，光伏数据处理器将数据统一分析和处理，经交换机转换后通过单模光纤将信息发送到运维管理中心。

该系统不仅替代了检查光伏组件的人力，节省了光伏电站运营维护的成本，并且采用了高精度的传感器技术，对光伏组件的实时电压、电流、温度及电站环境气象等信息进行监测，比较光伏组件的实际输出功率和理想输出功率，通过智能的数据处理器处理和分析，向用户终端运维管理中心反馈实时的光伏组件清洁度情况及清洗需求指令。光伏组件表面清洁度评估系统框架图如图2所示。

图2 光伏组件表面清洁度评估系统框架图

4.2.2 组件匹配性分析

由于光伏逆变都是采取MPPT最大功率点跟踪的控制策略，光伏电站同一逆变器直流输入端口并联的光伏组串电压存在偏差，组串工作电压相互间影响，各组串无法跟踪到最大功率点从而造成输出功率下降，即各组串都无法实现最大功率跟踪的目标，某光伏组串电压偏差示意图如图3所示。在运维管理中心设置各光伏组串电压偏差监控功能，智能分析组串电压偏差大小及确定问题组串的编号，如某组串电压与平均值偏差大于3%时，即向运维人员发出告警信号，可有助于运维人员及时发现隐患并快速解决问题，避免对光伏电站能效输出的影响。

4.2.3 光伏电站效率分析

影响光伏发电站发电量的关键因素主要是系统效率，系统效率主要考虑的因素有：光伏组件表面灰尘遮挡损失、温度影响损失、光伏组件的匹配损失、逆变器的功率损耗、线路损耗、其它配电设备的损耗、交直流部分线缆功率损耗、跟踪系统的精度、其它杂项损失。

光伏运维管理中心实时监控光伏工作状态，比较实际值与理论值的偏差，分析产生偏差的主要因素，是否为可接受的正常范围内。如某一影响因素超出了正常范围，监控系统将发出警告信息，及时通知运维管理人员，并提示可能存在的问题及具体位置。

4.2.4 不同安装模式的比较

一个运维管理中心可监控多个不同区域的光伏电站，每个电站的安装模式、地理环境、系统配置、运维管理都不尽相同。运维管理中心可将各光伏电站的运行数据进行比较，如有偏差将建立模式进行分析，分析出造成偏差原因，总结出最优的系统配置、系统安装、运维的模式。形成最终的评估报告，作为光伏电站运维、系统优化及今后新的光伏项目开发的依据。

4.2.5 运行数据和运维记录存储与分析

光伏运维管理中心设置大数据存储服务器，存储光伏运行状态数据和运维记录，如电压、电流、功率、温度、电量、谐波、功率因数、光照强度、运维操作事件的时间和处理情况等。系统配备查询及评估功能，运维人员可以随时调取任何时刻的历史数据，通过与历史数据比较，并通过修正后以报告形式反馈给用户。用户可以直观的了解光伏电站的实际情况，以报告为依据进行光伏电站运维和系统优化。

4.3 功能及价值

通过对光伏电站能效优化方法和运维管理策略的理论方法的研究，搭建多种光伏电站运行模式实验平台，探寻最佳的系统优化及运维方法。光伏电站运维中心可以管理投资者自己持有的光伏电站，也可以代理管理其它业主委托管理的光伏电站，对所管理的所有光伏电站进行“一站式”管理。根据不断积累的运维经验和运维试验评估报告，编制光伏电站运维管理规范或手册，作为运维人员培训和指导生产的依据。

图3 某光伏组串电压偏差示意图

5 结语

光伏运维管理及增值管理可远程对不同区域多个光伏电站进行一站式管理，减少了光伏电站运维的人力物力投入，提供给运维人员更加科学的依据和运维方法，保障了光伏电站资产的保值和增值。

Research and Application of PV Power Plant Operation and Maintenance and Added Value Management

Mo Haining, Zhang Cong
Shanghai Potevio Energy Science & Technology Co., Ltd

The article is from PV power plant operation and maintenance and added value management to introduce its current situation, influencing factors, optimization methods and application effects. The author promotes relative research results among PV power plant operation and maintenance.

Photovoltaic, Operation and Maintenance, Added Value, Efficiency

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.003