渔光互补光伏电站发电效率提升方案的研究

郭培育 于仲安

摘 要：通过对目前已投入运行的中东部地区渔光互补光伏电站发电量进行对比研究，总结归纳出影响发电效率的温度、遮挡、线损等各种损耗因素。重点阐述渔光互补光伏电站在系统设计、设备选型、施工管理、运行维护等重要环节中提升发电效率的解决方案。

关键词：渔光互补；光伏电站；设备选型；运行维护；发电效率

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0172-02

随着我国西北地区弃光、限电现象日益严重，电力需求更大的中东部地区逐渐成为光伏电站主要发展区域。中东部依托于丰富的河流、湖泊、水库等水面资源，将光伏组件布置于鱼塘上方，下方养殖鱼虾，形成渔业养殖和发电并行的渔光互补的发展模式。

渔光互补光伏电站场站具有资源广阔，电站整体性好，组件安装平面整齐，朝向一致，无遮挡失配，水面环境散热条件好等优点，有利于提升组件发电量。组件对水面的遮挡，减少了水量蒸发，有助于养殖生产及环境保护[1]。本文主要研究渔光互补光伏电站发电效率提升方案。

1 渔光互补光伏电站发电效率的影响因素

1.1 温度影响损耗

在高温环境下，组件输出功率会出现下降现象。一般而言，温度每升高1℃，组件输出功率下降0.4%。此外，不同的光伏组件，温度系数不同，对组件输出功率影响也有差异。

1.2 灰尘、植被等遮挡损耗

灰尘覆盖对光伏组件的发电量有直接的影响，灰尘密度越大，发电量下降越多，如：灰尘在静态下密度达到12.64g/m3时，发电量阶段性下降高达20%[2]。另外，由于鱼塘环境适宜，芦苇等植物生长速度非常快，其对组件的遮挡也会严重影响组件的发电效率及寿命。

1.3 阴影遮挡及不可利用光损耗

阴影遮挡包括近端及远端阴影遮挡，近端阴影遮挡通常由于前后排阵列间距不合理引起，远端阴影遮挡通常由于项目选址存在远处山体、高耸的建筑物造成。对于阴雨天及傍晚光线较弱情况下，弱光性差的组件将无法持续发电。

1.4 光伏组件不匹配造成的损耗

不同光伏组件的工作电流、电压均会存在一定的差异，当接入到同一路MPPT太阳能控制器时，跟踪电流会受最小输出工作电流影响，限制了其他组件输出能力，从而形成失配损失。

1.5 直、交流线损

线损与导线电阻率、长度、电流、温度、时间有关，因此，合理选择电缆的规格并通过优化光伏方阵布置方案，减少交、直流电缆的长度，可有效降低交、直流电缆损耗。

1.6 逆变器、箱变等设备效率损耗

逆变器、箱变等设备在运行或待机状态时均存在自身用电损耗以及效率损失。对于技术落后及质量较差的设备，其自身用电损耗更大，设备效率损耗更加明显。

1.7 其他因素

现场施工过程中对设备造成损坏，如组件的隐裂，箱变因颠簸而漏油等情况。运行维护期间由于枯水期水位低或桥架的阻挡，导致船只无法第一时间进入故障区域，导致无法及时恢复发电；鱼塘属于高湿度环境，水鸟较多，组件表面因鸟粪导致的遮挡现象严重，易导致组件失配甚至热斑故障等因素。

2 渔光互补光伏电站发电效率要点分析

2.1 光伏支架基础及阵列间隔设计

（1）光伏支架基础设计。支架桩基除了计算常规的抗压承载力、抗拔承载力及水平承载力外。还需核实桩身在标准组合下的抗裂弯矩是否满足，此项主要是水对腐蚀桩的耐久性考虑[4]。

考虑到鱼塘底部淤泥及粉质黏土层承载力较低，不宜采取开挖工作量较大的人工挖孔桩或独立基础。且场区地势低洼，排水条件较差，光伏支架基础建议采用高强预应力管桩基础。通常预应力管桩直径300mm，成桩长度可长可短，现场可根据施工作业面灵活搭配，保证光伏阵列高度整齐划一，有助于减少阴影遮挡[5]。在确定预应力管桩标高时，也应考虑运行维护时检修船只通行的需要。

（2）考虑到养殖生产的需要，建议渔光互补光伏电站在前后排阵列正常间距的基础上加大0.3～0.6m，该做法一方面能够避免由于近端阴影遮挡影响发电效率，另一方面不致使鱼塘水温过低对水产带来的不利影响。

2.2 光伏组件选型

鉴于渔光互补光伏电站高湿盐雾环境的特点，组件选型建议如下：

（1）必须具备良好的抗PID性能，且关键原材料的选用应充分考虑对水面的适应性。

（2）选择合适温度系数的组件，尽可能有效地降低由温度引起的发电量损失。

（3）设计选型及采购技术协议中应明确要求厂家做好组件的电流分档，降低组件失配。

（4）相較于市场上的一般组件，双玻组件具有寿命更长、衰减率更低、绝缘性能更好，且透水率远小于普通组件的优点。对目前已投运的双玻双面发电组件的渔光互补光伏电站进行跟踪研究发现，组件背面的增益达到了10%以上。

（5）组件本身及连接件应具备良好的防护等级。

2.3 箱变、逆变器的选型

渔光互补光伏电站箱变尽可能采用干式变压器，以减少因漏油带来的环保风险；由于鱼塘地块一般较为集中，平坦，光伏阵列高度整齐划一，组件间遮挡现象基本不存在的特点，逆变器类型既可以选择集中式也可以选用组串式。

（1）集中式逆变器：1）建议与箱变放置于同一个基础平台上。应尽量安装于光伏方阵中间位置，以节约电缆，降低线损。2）推荐采用箱逆变一体化装置，该装置省去了箱变低压侧设备、箱、逆之间的电缆，电缆沟等。随着设备更加的紧凑，相应地基础尺寸也减小。3）尽可能将光伏方阵布置成大容量。例如，某总容量为16MW的光伏电站，按照1MWp/方阵进行划分，则共有16个方阵，相应地，箱、逆变设备及基础均需要16套，而若单方阵容量为1.6MWp，则箱、逆变设备及基础只需要10套。经过综合比较，能够大幅降低度电成本。

（2）组串式逆变器：1）组串式逆变器以组串为单位，将多个光伏组串接入到一台逆变器，多台逆变器接入交流汇流箱，汇流后接到箱变低压侧。该类型逆变器主要优点为利用多路MPPT跟踪每个组串的最大功率点[6]。2）采用组串式逆变器的光伏系统，省去了直流汇流箱和直流配电柜，将组串直接连接到逆变器，节省了大量的直流电缆，减少了直流线损。3）鱼塘的高湿度环境，加剧了组件的PID衰减。组串式逆变器可自动检测组件电势，主动调整系统工作电压，采用虚拟接地技术，保证负极对地正偏压，有效规避了PID效应。4）组串式逆变器直接立式安装于管桩上，无需单独设置电气设备平台。5）通讯方式可采用无线PLC，该方式无需额外敷设通讯线，节省了材料成本及安装、调试费用。

2.4 电缆及桥架设计

（1）加粗电缆线径以降低线损，提高发电效率。

（2）电缆敷设方式以桥架为主，虽然有桥架保护，考虑到周边水域环境，建议选择铠装防水电缆，以免被虫鼠破坏。

（3）考虑电缆散热，增加载流量，优选梯形桥架。

（4）为了保证丰水期及枯水期的运维工作顺利通行，需要充分考虑桥架安装高度。

2.5 渔光互补配套设计

渔光互补项目的渔业养殖方面存在大量的实际问题，真正实现养殖与发电双收益的电站不多。如：捕捞及投饲料管理不便；清淤、晒塘、消毒比较困难，渔沟开挖空间受限等等。因此，在初期设计规划时应全面考虑渔业养殖需求，将养殖用电、通道、水体环境、人员安全等因素纳入设计范畴，以便于进一步增加电站经济收益。

2.6 规范化的施工管理，严把质量控制关

（1）做好原材料到场开箱检查，从源头上控制质量。委托有资质的检测单位，及时进行材料取样、送检等报验工作，提供设计配合比、试块强度、各种原材料出厂合格证、主要材料复试报告[7]。

（2）施工安装过程中，加强设备的成品保护。光伏组件是光伏电站最重要设备之一，其制作工艺精密，在装、卸货、运输、二次搬运、安装等环节，均容易造成组件划伤、磕碰、裂缝等外观损伤，以及内部隐裂[8]。因此，在组件到场安装之前及安装完成后，应及时组织专业的第三方检测机构进场检测，及时发现并更换有问题的组件。

（3）加强施工工艺和方案的控制，做好隐蔽工程和转序验收工作[2]。若桩基础的轴线、高度偏差比较明显，未进行整改处理而转入组件安装工序，安装后的组件将出现相邻遮挡的现象，严重影响发电量，且后期几乎无法进行消缺整改[9]。

2.7 运行维护

目前渔光互补光伏电站主要依赖传统的人工划船进行巡检，该方式难度大，效率低、人员安全无法有效保障。建议采用以互联网技术、信息处理技术、大数据处理以及云计算为基础的一站式光伏电站运维管理监控系统，该系统将本地监控和远程集控相结合，能够进行电站故障的精准定位[10]。

此外，应积极改进运维方式，引进新的检测维护设备。如：引入无人机对组件进行红外检测，以判别是否存在隐裂及热斑现象；利用红外热成像仪对电气设备母线、电缆压接处、送出线路刀闸等位置进行例行测温，发现隐患及时予以更换；如将机器人用于组件日常清洗环节中。经过运行数据对比发现，经常使用机器人对组件进行清洗可使发电量提升10%。

3 结语

本文对大量已投产的光伏电站的影响发电效率因素进行总结分析，着重从项目的基础设计、设备选型、渔光互补配套设计、施工期质量控制、运行维护等方面进行了改进探讨。并提出了相应的优化建议。随着国家新的光伏补贴政策出台，在光伏发电越来越接近平价上网形势下，通过项目的全过程优化提高发电效率，更多是生存需要，雪中送炭。

参考文献

[1]林雯.分宜70MW渔光互补光伏发电站设计与施工关键技术探讨.红水河，2016，（10）：86-89.

[2]贺西南.太阳能光伏电站设计要点及影响因素分析[J].科技创新与应用，2016，（10）：181.

[3]GB50797-2012，光伏发电站设计规范[S].

[4]杨光磊.“渔光互补”光伏发电工程設计的研究[J].华电技术，2016，（4）：75-77.

[5]何文俊，郑少平，周于程.光伏电站支架基础型式对比分析及选型探讨[J].太阳能.2016，（01）：26-33.

[6]赵平，汤剑.浅谈集中式光伏电站设计与设备选型[J].中国交通信息化，2015，（05）：137-140.

[7]贺才伟.EPC 光伏电站工程建设过程的项目管理分析[J].能源管理，2017，（02）：114-115.

[8]林存超.关于组件问题分析及安装质量控制[J]中国科技信息，2015，（02）：204-205.

[9]GB50794-2012，光伏发电站施工规范[S].

[10]莫海宁，张丛.光伏电站运维及增值管理的研究及运用[J].上海节能，2017，（01）：11-14.