目前，我國累計光伏裝機容量已超過28GW，2013、2014連續(xù)兩年新增并網(wǎng)光伏發(fā)電容量均超過10 GW。隨著光伏電站大規(guī)模建設(shè)并陸續(xù)并網(wǎng)，運維已上升為光伏電站的工作重心，其直接關(guān)系到電站能否長期穩(wěn)定運行，關(guān)系到電站運維成本、投資價值及最終收益。
2015年將是我國光伏產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展之年，也是考驗光伏電站運維能力之年。目前，光伏電站建設(shè)有組串式逆變器與集中式逆變器兩種設(shè)計解決方案，本文針對以上兩種方案在運維工作中的實際情況，包括安全性與可靠性、運維難度與故障定位、故障導(dǎo)致?lián)p失、故障修復(fù)難度、防沙塵與防鹽霧等各方面進行對比，以期保證光伏電站長期平穩(wěn)運行，達到規(guī)劃設(shè)計的發(fā)電目標(biāo)，早日收回建站成本并實現(xiàn)盈利。
目前，光伏電站設(shè)計因采用不同逆變器而分為兩種方案：集中式逆變器方案與組串式逆變器方案。
集中式方案采用集中式逆變器，單臺容量達到500kW，甚至更高。1 MW子陣需2臺逆變器，子陣內(nèi)所有組串經(jīng)直流匯流箱匯流后，再分別輸入子陣內(nèi)2臺逆變器。(方案見圖一)
組串式方案采用組串式并網(wǎng)逆變器，單臺容量只有幾十kW。1 MW子陣需約30臺逆變器，子陣內(nèi)光伏組串直流輸出直接接入逆變器。(方案見圖二)
因光伏電站采用的方案不同，造成運維工作的難度及成本也有明顯不同。下文從安全性、可靠性、故障率及故障定位精確性、巡檢、故障影響范圍及其造成的發(fā)電量損失、故障修復(fù)難度、防沙防塵等方面進行比較闡述。
安全性與可靠性比較
電站的安全運行及防火工作極其重要，而熔絲過熱及直流拉弧是起火的重大風(fēng)險來源。
集中式方案分析
組串輸出需要通過直流匯流箱并聯(lián)，再經(jīng)過直流柜，100多串組串并聯(lián)在一起，直流環(huán)節(jié)長，且每一匯流箱每一組串必須使用熔絲。按每串20塊250 Wp組件串聯(lián)計算，1MW的光伏子陣使用直流熔絲數(shù)量達到400個，10MW用量則達到4000個。如此龐大的直流熔絲用量導(dǎo)致熔絲過熱燒壞絕緣保護外殼(層)，甚至引發(fā)直流拉弧起火的風(fēng)險倍增。
直流側(cè)短路電流來自電池組件，短路電流分布范圍廣，在短路電流不夠大(受光照、天氣的影響)時，不能快速熔斷熔絲，但短路電流可能大于熔斷器的額定電流，導(dǎo)致絕緣部分過熱、損壞，最終引起明火。例如，12 A的熔斷器承載20 A電流，需要持續(xù)1000 秒才能熔斷，但熔斷前絕緣部分就可能因過溫受到損傷，電流繼續(xù)沖擊時就失去了絕緣保護，導(dǎo)致起弧燃燒。
組串式方案分析
組串式方案沒有直流匯流箱，在直流側(cè)，每一路組串都直接接入逆變器，無熔絲，直流線纜短且少，做到了主動安全設(shè)計與防護，有效抑制拉弧現(xiàn)象，避免起火事故發(fā)生;在交流側(cè)，短路電流來自電網(wǎng)側(cè)，短路電流較大(10 kA-20 kA)，一旦發(fā)生異常，交流匯流箱內(nèi)斷路器會瞬時脫扣，將危害降至最低。
比較結(jié)果
組串式方案安全性更好，可靠性更高。
運維難易程度、故障定位精準(zhǔn)度比較
集中式方案分析
對于集中式方案，多數(shù)電站的匯流箱與逆變器非同一廠家生產(chǎn)，通訊匹配困難。國內(nèi)光伏電站目前普遍存在直流匯流箱故障率高、匯流箱通訊可靠性較低、數(shù)據(jù)信號不準(zhǔn)確甚至錯誤導(dǎo)致無法通信的情況，因此難以準(zhǔn)確得知每個組串的工作狀態(tài)。即使通過其他方面發(fā)現(xiàn)異常，也難以快速準(zhǔn)確定位并解決問題。
因此，為掌握光伏區(qū)每一組串工作狀態(tài)，當(dāng)前的檢測方法是：找到區(qū)內(nèi)每一個直流匯流箱，打開匯流箱，用手持電流鉗表測量每個組串的工作電流來確認組串的狀態(tài)。但在部分電站，由于直流匯流箱內(nèi)直流線纜過于緊密，直流鉗表無法卡入，導(dǎo)致無法測量。運維人員不得不斷開直流匯流箱開關(guān)和對應(yīng)組串熔絲，再逐串檢測組串的電壓和熔絲的狀態(tài)。檢查工作量大，現(xiàn)場運維繁瑣且困難、緩慢，在給運維人員帶來巨大工作量和技術(shù)要求的同時，也會危及運維人員的人身安全。
另外，檢查期間開關(guān)被斷開，影響了電站發(fā)電。假設(shè)單塊組件最大功率為250 W，20塊一串，一個16進1匯流箱裝機容量即為165 kW=80 kW，完全檢查一個匯流箱并記錄共需10 min(0.17 h)。假設(shè)當(dāng)時組串處于半載工作狀態(tài)，斷電檢查一個匯流箱引起的發(fā)電量損失為80 kW50%0.17 h=6.8 kWh。
一個30 MW的電站擁有400多個匯流箱，全部巡檢一次將花費大量時間，并損失數(shù)千度的發(fā)電量。再合并計算人工、車輛等成本投入，巡檢所消耗的運維費用將十分可觀。此種情況在山地電站表現(xiàn)會更加明顯。需要特別注意的是，這樣的巡檢方式并不可靠，易產(chǎn)生人為疏忽，比如檢查完成后忘記合閘，影響更多發(fā)電量。
目前不少電站的運維人員只有幾個人，面對幾十MW甚至上百MW的龐大電站，將難以全面檢查到每個光伏子陣，更難以細致到每個組串，所以一些電站的匯流箱巡檢約半年一次。這樣的巡檢頻次，難以發(fā)現(xiàn)電站運行過程中存在的細小問題，雖然細微，但長期累積引起的發(fā)電量損失和危害卻不可輕視。
目前國內(nèi)光伏電站有關(guān)直流匯流箱運維的數(shù)據(jù)如下：
直流匯流箱內(nèi)的熔絲：易損耗，維護工作量大，部分電站每月有總?cè)劢z1%左右的維護量;且因工作量大，檢修時容易出現(xiàn)工作疏漏，影響后續(xù)發(fā)電量。
直流匯流箱數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與通訊可靠性：直流電流檢測精度低，誤差大于5%，弱光時難以分辨組件失效與否，不利于進行組件管理;直流匯流箱通訊故障率高、效果不佳，容易斷鏈，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法上傳，通訊失效后，組串監(jiān)控和管理便處于完全失控狀態(tài)，除非再次巡檢發(fā)現(xiàn)并處理。
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