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光伏电站运维下一站比拼：成本和价值

发布时间：2015-05-05 来源：光伏产业观察网

本文摘要：光伏电站建成并网以后，运维上升成为光伏电站的工作重心，运维工作直接关系到电站能否长期正常稳定运行，关系到光伏电站的运维成本、投资价值及最终收益。文章就目前电站建设的两种设计解决方案：组串式逆变器方案与集中式逆变器方案，在涉及运维工作的各个方面：安全性与可靠性、运维难度与故障定位、故障导致损失、故障修复难度、防沙尘与防盐雾等进行对比。

　　4故障修复难度比较

　　不同的方案特点不同，自然也导致了故障修复难度的差异。光伏电站所有组串全部投入后，故障修复工作主要集中在电站运行期间的线路故障及设备故障。线路故障受施工质量、人为破坏、自然力破坏等因素影响。设备故障包含汇流箱故障及逆变器故障。

　　4.1集中式方案分析

　　直流汇流箱内原件轻小、数量少，线路简单，一旦故障准确定位后，修复难度不大；其修复困难集中表现为故障侦测或发现困难。

　　对于逆变器故障，因集中式逆变器体积大、重量重，内部许多元器件也同样具有此类特点，部分元件重量甚至达到数十或上百kg，给维护修复工作造成了较大程度的不便和麻烦。这也是电站建设时集中式逆变器采用整体吊装的部分原因所在。

　　图6集中式逆变器吊装

　　对于集中式逆变器方案，电站通常不会留存任何的备品备件，且集中式逆变器的维修必须由生产厂家售后人员完成。因此在故障发生后，必须要首先等待厂家人员前往电站定位问题；待问题定位后，确定维修方案及需要更换的元器件，然后再由逆变器厂家发货至电站现场，维修人员选用一定搬运车辆或工具将新的元器件搬运至逆变器房（箱）进行更换。一旦集中式逆变器出现故障，粗略估算整个维修过程将长达15d，甚至更久，维修难度大、耗时长、费力多，还严重影响电站发电量。

　　4.2组串式方案分析

　　组串式方案无直流汇流箱，所用交流汇流箱出现故障的概率几乎为零，甚至部分电站弃用汇流箱，将逆变器交流输出直接连接至箱变低压侧母线。因此，组串式方案的设备故障主要是逆变器的自身故障。相较于集中式逆变器的庞然大物，组串式逆变器显得异常轻灵小巧，其拆装、接线只需2人协作即可完成，且不必专业人员操作。因此，确认逆变器故障发生后，可根据精准的告警信息提示，立即启用备品替换故障逆变器，使电站短时间内全部恢复正常，将发电量损失降至最低。

　　图7组串式逆变安装

　　4.3比较结果

　　综上所述，比较两种方案的故障修复难度，组串式方案故障修复难度小、速度快，优势明显。

　　5防沙防尘、防盐雾比较

　　在逆变器使用寿命期限内，空气中的灰尘及沿海地区的盐雾对逆变器整体及内部零部件的寿命影响巨大。积累过多的灰尘可引起电路板电路失效或导致内部接触器接触不良，盐雾造成设备及元器件腐蚀，因此有逆变器在使用一段时间后，出现了控制失效、内部异常短路等现象，甚至起火燃烧，造成重大事故和损失。现阶段，灰尘和盐雾不可能被机房或设备防尘滤网完全过滤，因此，在风沙、雾霾严重的地区或沿海盐雾地区（也是我国土地资源和太阳能资源相对丰富的地区），两者对逆变器乃至光伏电站的长期安全正常运行构成了严重威胁。

　　5.1直通风式散热方案

　　行业内集中式逆变器和逆变器房（箱），甚至部分组串式逆变器都普遍采用直通风式散热方案。空气中的沙尘、微粒等伴随逆变器和逆变器房（箱）中的空气和热量流动进入逆变器内部和逆变器房（箱），加之逆变器内部电子元器件的静电吸附作用，运行一段时间后，逆变器内部和逆变器房（箱）都沉积了大量的灰尘。同理，盐雾也会以同样的方式进入箱房及逆变器内部。

　　图8集中式逆变器内部的积尘

　　5.1.1灰尘及盐雾对电气设备的主要危害

　　1）漏电失效、腐蚀失效。在空气湿度较大时，吸湿后的灰尘导电活性激增，在元器件间形成漏电效应，造成信号异常或高压拉弧打火，甚至短路。同时，因湿度增加，湿尘中的酸根和金属离子活性增强，呈现一定酸性或碱性，对PCB的铜、焊锡、器件端点形成腐蚀效应，引起设备工作异常。在沿海高盐雾地区，腐蚀失效表现更加显著。

　　2）散热性能下降。积尘导致防尘网堵塞、设备散热性能变差，大功耗器件温度急剧上升，严重时甚至导致IGBT器件损坏。

　　5.1.2运维清扫的困难及成本

　　多数光伏电站建设区域远离城市与乡村，给野外运维清扫工作造成诸多不便。另外，光伏电站白天要发电，清扫拆卸只能晚上进行。夏天逆变器房（箱）内温度高、蚊子多，冬天则是低温严寒，工作人员手脚活动都受到影响；设备的局部地方还需要用专业工具，如空气泵吹净灰尘。因此，清扫工作耗费了大量时间、人力和成本。

　　以西北风沙地区100MW电站为例，10人1天只能清扫10台机器。100MW共有200台机器，根据西北电站实际情况，每个月至少清扫一次，100MW电站清扫一遍，正好需要20个工作日（1个月）。按此清扫频率，1人1天工资200元，10人1天需要2000元；按照1个月20工作日计算，1年人力费用就至少达到2000×20×12=48万；在电站的生命周期25年内，共需要25×48=1200万元。一个100MW电站生命周期内的人力清扫费用就达到0.12元/W，这个成本相当惊人。如果进一步考虑25年内人力成本的上升和通胀因素，实际所付出的费用还要远高于这个数值。

　　另外，防尘网每隔1～2个月需要进行更换，还有专业的清洗工具采购和折旧、车辆及燃油投入，均给电站运维带来了实际的成本和困难。

　　5.2热传导式散热方案

　　对于采用热传导式散热方案的逆变器，如国内厂家华为组串式逆变器，因逆变器采用非直通风式散热方案，逆变器的防护能力达到IP65，能够有效应对沙尘影响，即使在风沙及雾霾严重的地区，逆变器仍能轻松应对沙尘威胁，完全实现免清扫、免维护，节省大量清扫成本和投入。另一方面，华为组串式逆变器优异的热设计方案匹配性能优异的散热材料也保证了逆变器可以从容应对高温环境。IP65的防护等级和卓越的散热能力保证了组串式逆变器自身和光伏电站的长期、安全、正常、低成本运行。

　　5.3两种散热方案比较分析

　　两种散热方案对比计算数据见表2。经比较，IP65防护等级具有明显优势。

　　表2两种散热方案对比计算数据

　　6结论

　　从光伏电站运维所涉及的各工作层面对安全性和可靠性、运维难易程度及故障定位精确性、故障影响范围及其造成的发电量损失、故障修复难度、防沙防尘防盐雾等方面进行横向比较，结果显示：组串式逆变器方案更安全、更可靠；且可实现基于组串为基本管理单元的智能运维，极大地提升了运维工作效率、降低运维成本；同时显著降低了故障修复难度，大幅减少了故障导致的各种损失；IP65的防护等级使得逆变器可长期、正常、稳定运行在多沙尘、高盐雾的环境和地区，具有集中式方案难以比拟的优势。电站规模越大，地形越复杂（如山地电站），组串式方案的运维和成本优势越加显著，越能够为投资者降低电站运行成本，创造更多价值。

文/中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司薛葵

关键词：光伏电站　

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