光伏电站建设与运维体会

文／李飞 陕西黄河能源有限责任公司 陕西西安 710000

1、我国光伏电站发展现状

伴随全球环保意识的不断提升，现阶段各国及各区域均在光伏发电开发方面从技术、水平不同面域大肆收获，此于光伏产业的行业性发展而言，极具优势性。基于一定的技术支持，光伏发电的开发成本大幅度下降，当即全球范围内各地光伏发电站的建设数量以及建设规模也在不断扩大，如此可见行业前景。根据相关数据资料显示，截止到2050年，全球范围内的光伏发电均电量会提升至16%，此时光伏发电将会成为全球范围内可靠性数一数二的电力供给渠道。之前20世纪甚至更靠前，在欧洲一些光伏发电速度较快的发达国家属于全球光伏发电快速且先进的地区。而依据相关数据资料显示，全球光伏发电总装机量于21世纪以前大都维持在40MW左右，且多数光伏发电站都分布于一些以德国为首的欧洲国家，其中日本就属于亚洲范围内比较具有代表性的国家，直至2012年底的时候，全球范围内的光伏总装机量基本已经提升到了100MW，在这些国家中，仅欧洲国家就占据了70%。就在全球各地人类环保意识逐步提升之际，特别亚洲许多国家都在光伏产业方面投入了较多的资金，且又施以相对应的政策引导，同时在光伏发电技术持续优化提升的过程中，自2013年之后，以中国为核心的许多国家陆续开启了光伏发电之路，且一年以后便超越了诸如德国等一些欧洲国家，在世界范围内遥遥领先。此后，中国慢慢发展成为除欧美一些国家之外，在全球范围内光伏发电市场最大的国家，平均每年发出的电量可以占到光伏发电市场的8%左右。仅仅在2011-2014年这3年时间内，我国的光伏电站发电量就由3300mw提升至28199mw，此间这一数据几乎翻了八倍。中国幅员辽阔，不同地区的气候类型也非常丰富，特别对于青藏及偏远农村等一些地区，太阳能资源更是用之不竭。超17%的陆地面积均可以达到接收阳光辐射1750kWh/m甚至更多，超50%的陆地面积可达到1400-1750kWh/m，特别对于诸如光照丰富的青藏、沙漠地区，假如能在这些地区装载光伏发电设备，则隐藏发电量基本就能达到17TW。除此之外，就在我国政府方面愈来愈重视光伏产业之际，更是对其从技术、资金、政策等各方面给予了引导支持，致使中国光伏生产技术一度占领全球前列，也将自身打造成了世界单范围内规模最大的太阳能板（电池）制造商，根据相关数据统计，我国仅2010年太阳能板的产量就已经逾越了10MW，基本已经实现了光伏发电设备远销国内外。如此看来，中国境内的尚德、天合光能、英利绿色能源、晶澳4家太阳能板生产企业均属于国际上响当当的太阳能光伏发电企业，且位列全球范围内10家掌握近50%的太阳能光伏发电设备市场的10家龙头企业中的行列之中。

2、光伏电站工作原理分析

掌握光伏电站的工作原理是进行光伏电站建设与运维的基础，光伏发电是一种将光能直接转变为电能的技术，其主要是利用半导体界面的光生伏特效应。光伏电站建设中需要将一定规模数量的太阳能电池组件予以串联，便于通过太阳能电池组件接收太阳光，并将辐射能转换为相应电压、电流的直流电，通过在汇流箱内串联较多电池组，然后通过并联方式提高电流，通过并联使得电流强度符合逆变器额定电流，之后将多个汇流箱接入一台并网逆变器中，利用并网逆变器将电池组件中的直流电通过逆变形成满足电网需求的交流电，利用配电装置将其与电站升压变压器连接，利用变压器升高电压，并使其达到对应的电压使用要求，然后将其并入电网中。光伏电站在整个建设中需要进行升压站、逆变升压单元、光伏场区、道路、送出线路等方面的建设。图1所示为光伏电站原理示意图。

图1 光伏电站原理示意图

3、光伏电站光伏组件选择分析

光伏电站建设中包含较多内容，其中光伏组件选择是一个关键，晶硅组件选择、薄膜组件均可作为光伏组件，现就上述有关问题分析如下。

3.1 光伏组件的选择

光伏电站建设中需要重视光伏组件的选择，所谓的光伏组件即俗称的太阳能电池板，其在整个太阳能发电系统中处于核心地位，因而光伏组件的选择以及相关参数对光伏发电效果与质量有着重要影响。随着我国光伏发电技术应用的日益成熟，现阶段在太阳能光伏电站中可供选择的光伏组件较多。光伏组件选择中需要考虑到光伏发电的特殊性，其中应用较多的是晶硅组件、薄膜组件，其在光伏电站建设中应用价值较高。

3.2 晶硅组件分析

根据对晶硅组件的调查研究，其具有较高的性价比，因而在市场上应用较广泛，因而也是光伏电站建设中的首选。与此同时，晶硅组件研发与应用时间长，其性能更稳定，同时对太阳能的转换效率较高，现阶段晶硅组件技术应用较成熟，相应的在光伏电站工程建设中有较多优势。严格意义上来讲，单晶硅组件是以高纯单晶硅棒为原料而制作成的太阳能电池板，除了单晶硅组件外，还有多晶硅组件，其主要是将按照不同的串、并阵列排列而构成的电池板，单晶硅组件与多晶硅组件在生产工艺方面差别并不大，不过与单晶硅组件相比，多晶硅组件具有更高的转换效率，这与其中同时包含多种类型晶体有关。总体而言，单晶组件效率高，但是价格贵；多晶组件效率也较好，同时价格相对低，需要结合实际光伏电站情况合理选择。

3.3 薄膜组件分析

薄膜光伏组件在光伏电站工程中也有应用，其所使用的组件为非晶硅太阳能光伏板，因而单块组件的功率相对较低。根据资料显示，薄膜组件的光电转换效率大于在10%。薄膜组件在应用期间具有弱光性好、阴影遮挡功率损失小、年度衰减率低等优势，同时从薄膜组件生产工艺方面分析，其成本相对较低，便于大规模生产。薄膜组件能够规模化量产，不过其实际应用效果较多硅晶组件低，一定程度上限制了其具体应用。

综合考虑投资成本、投资效益、光伏发电效率、光电转换效率、衰减率等相关内容，单硅晶组件、多硅晶组件仍然是光伏发电站中光伏组件的主要选择。

4、光伏电站建设管理分析

4.1 项目设计管理分析

光伏电站建设需要以规划设计为基础，而规划效果直接影响到光伏电站的发电性能、投资效益。结合光伏发电的实际应用，系统中光伏电池具有温度效应，同时光伏发电系统较敏感，这些都是在光伏电站项目设计中需要考虑的问题。研究显示，芯片表面温度会引起峰值功率输出功率损失、额外损失的增加，这就要求在项目设计中必须要通过反复论证，确定出最佳的倾斜角度。芯片表面清洁效果也会对发电效率产生影响，这就要求在项目设计前应了解拟建区域的气候、气象条件，减少环境因素对芯片造成污染，影响到光伏发电效率。

结合上述分析，光伏电站项目设计中，应提前全面的了解拟建区域的气象条件，充分利用有关气象设备并结合当地长期的气象资料数据，综合性予以分析，便于在设计中考虑气象条件可能对光伏电站外部环境设备产生的影响。根据拟建区域太阳照射时长、辐射情况、太阳高度角等，合理设计芯片倾角，最大化提高对太阳能的利用，提高光电转换效率，提升光伏电站的整体发电性能。

4.2 项目建设成本管理

光伏电站在建设前期需要大量的投资，前期投资是保证后续光伏电站充分发挥作用的基础。随着对太阳能资源的利用分析，较多领域都有太阳能的利用，其中光伏电站是太阳能使用的典型代表。与一般的太阳能利用方式相比，光伏电站建设的整体投资额度较大，需要重视项目建设成本管理。影响光伏电站成本的因素较多，如光伏组件、恒流变压装置、光伏并网逆变装置、光伏电站场地基础建设、电站规模大小等，同时施工进度以及土建工程量等也是影响施工成本的相关因素，因而在光伏电站建设成本管理中应重视对上述影响因素的全面分析，并从多角度进行综合管控，控制光伏电站建设阶段的成本投入。比如掌握设计方案的要点，明确设计思路与后续施工要点；综合光伏电站建设规模与要求，并结合不同光伏组件的光能转换效率、影响因素、成本以及应用稳定性等合理选择光伏组件；精细化计算整个项目建设中所需要的相关材料、不同阶段成本投入比例，严格按照造价与成本管控要求进行分阶段管理。针对施工现场所使用的相关设备、材料等进行监管，减少材料浪费，提高材料的使用率，这些都有利于保证整个光伏电站项目建设成本处于可控范围，保证光伏电站建设造价处于合理范围内。

4.3 施工技术管理

施工技术管理是光伏电站项目建设管理的重点，其对整个项目成本控制、施工质量、施工安全等均有着较大影响，对此，在光伏电站建设中需要强化施工技术管理。施工技术管理方面，需要注重施工组织设计编审工作、施工图纸会审、施工作业指导书编制以及施工技术交底编制等，这些都是光伏电站施工的关键依据。考虑到光伏电站工程项目在施工中可能发现设计有错或者无法正常施工问题，此时需要进行设计变更，设计变更中还需要考虑施工技术的可行性与经济性。施工技术管理方面需要加强对光伏电站工程相关材料的检验，保证所使用的光伏组件满足质量以及技术要求，需要具备较高的功率、转化率。光伏电站项目施工工艺的选择应立足于项目的具体情况，并在施工前加强对施工人员的技术交底，同时对参与项目建设的施工人员、管理人员、技术人员等予以培训，全面提高不同人员的技术水平与能力。结合场地灵活进行电站、电缆布置，最大程度降低损耗，促进变压器转换效率的提高，促进对太阳能资源的有效利用。

4.4 施工质量管理分析

光伏电站的应用效果、投资小均受到施工质量的影响，同时施工质量也是影响光伏电站造价的关键性因素。现阶段光伏电站多为EPC项目，因而承包商需要制定出质量管理计划，并充分考虑光伏电站项目的实际情况。保证有专门的项目管理小组负责整个施工阶段的项目质量管理，落实施工现场质量管理计划的实施，做好相关施工技术方案的审查与落实监督；针对光伏电站建设中的一些关键性设备，需要及时到场做好验收工作，保证设备本身无质量问题；结合施工组织技术方案，针对关键性施工环节应做好质量检验与记录，保证施工的过程与动态管理。考虑到光伏电站建设周期较长，需要从事前控制（如完善施工前期准备工作、编制并审核相关的技术方案）、事中控制（如检查施工工序、施工材料本身质量、质量隐患）、事后控制（如竣工验收、质量跟访）方面加强全过程质量管理，实现施工与设计、技术文件等一致性。

4.5 施工安全管理

光伏电站项目在建设中还需要加强施工安全管理，与一般的工程项目相比，光伏电站建设通常施工周期并不是很长，但是通常占地范围较大，涉及到土建工程与安装工程，需要有大量设备与材料的使用，这些都增加了项目施工中的安全风险，避免发生施工安全事故威胁到施工人员的生命安全。安全管理方面，整个施工现场必须要有专业的安全员负责管理，并对参与施工的所有人员加强安全教育，并通过播放部分典型的安全事故与讲解，提高每一位施工人员的安全意识。企业也需要尽到自身安全监督与管理责任，提供相关的安全保障措施。针对部分高危施工环节，需要加强与其他管理人员的沟通，保证技术措施、安全措施落实到位。强化光伏电站施工阶段的有效监督，针对发现的安全问题需要及时通报，引起所有人员的重视，为光伏电站项目的顺利建设创造良好的条件。

5、光伏电站运维措施

光伏电站在施工完成后还需要加强重视后续的运行维护，通过维护促进光伏组件的作用发挥，提高发电效果，保证光伏电站投资效益。笔者认为在光伏电站运维管理方面，需要注意以下几点：

5.1 建立运维管理制度，规范运维工作

光伏电站包含了较多的硬件设施、软件设施，并会受到环境因素的影响，因而在光伏电站建设完成后还需要加强日常运行维护。为进一步规范光伏电站的日常维护，需要针对性建立相关的管理制度，通过管理制度明确光伏电站的维护内容、维护周期、维护要点等，更好的指导光伏电站的相关运维工作。比如光伏电站在硬件设施维护方面，需要重视逆变并网、交流配电线路、光伏发电机组、配电柜、功率控制单元等相关维护，结合不同硬件实际应用环境与系统要求，指出其维护要点。管理制度中还需要视情况对数据交换系统等软件设施予以升级、维护，提高软件系统运行稳定性，定期评估通信系统、数据库系统等有无漏洞，便于保证软件设施的更新与维护，降低因软件系统漏洞可能对整个光伏电站管理造成的不利影响。从光伏电站技术管理人员角度分析，需要在规章制度中明确对相关人员的技术培训周期、考核方式等，便于工作人员专业素质的不断提高。通过建立运维管理制度，能够系统化规范光伏的运维工作，更好的指导光伏电站的日常运维，保证相关设备的正常运转以及光伏电站的运行安全。

5.2 注重运维记录分析，提高光伏电站运维的针对性

光伏发电中，需要做好运行维护记录，总结常见的故障类型、原因等，通过积累经验，明确光伏电站运行期间的常见问题，提升光伏电站运维的针对性。比如通过对并网逆变器等相关设备的维护，既要重视常规零部件的维修与更换，还需要保证蓄电池可有效充电、放电，保证不同蓄电池有较好的储能能力。针对光伏电站，还需要加强对数据传感器的日常维护与定期检测，确保光伏电站运行中各种数据能够准确传输，便于及时了解系统的运行情况。光伏电站在运行维护过程中还需要重视一些细节问题，比如结合光伏电站所在区域的实际情况，加强对光伏组件表面的检查，结合实际情况做好光伏组件的表面清洁工作，针对存在异常的光伏组件做好及时维修或更换，确保所有光伏组件可正常工作，提高整个光伏电站的发电效率。

5.3 优化光伏电站管理模式

光伏发电作为一种新能源，太阳能发电技术也日益成熟，对应的有新能源的技术与管理标准要求，同时国家从政策上给予了一定的扶持，这些都有利于更好的进行光伏发电站管理。国家当前对使用太阳能发电用户在电费上给予一定的补贴，这些都对光伏电站的管理提出来新的要求，需要在具体管理中对光伏电站管理模式持续优化。通过管理模式的不断优化，保证光伏发电的经济效益。为更好地对光伏发电中的线路予以管理，可采取家电统一配备，并选择集中供电模式，保证对光伏电费的及时征收。实际上因为较多光伏电站建设在偏僻的地区，甚至以扶贫项目的形式开展，造成光伏发电建设完成后缺少维护，对此，需要结合实际供电情况，积极与当地电力部门协作，并利用现代信息技术进行远程管理，依靠管理模式的创新与发展，提高对光伏电站的运行维护管理效果。

结语：

光伏电站建设期间需要加强全过程管理，从多角度落实对光伏电站项目的管理，保证整体建设质量，保证投资效果。光伏电站在建设后很容易忽视运维管理，造成光伏电站在运行中出现故障或者运行效率降低，因而需要从多角度采取管理措施，加强对光伏电站的运维，积极总结经验，记录运维相关问题，积极探索并创新管理模式。