摘要：针对国内山地光伏电站运行实际情况，提出了电站运行优化与设备运行性能提升的方案，更好的提高了山地光伏电站现有设备的发电效率，降低维护成本，保障电站的安全、高效、稳定运行。
关键词：山地光伏；组件；无人机；智能运维
1.背景
党的十九大报告提出推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效能源体系，建设美丽中国的总体战略部署。中央经济工作会议再次强调推进生态文明建设，加快调整能源结构。我国清洁能源事业正处于发展的机遇期，各清洁能源企业认真贯彻“四个革命、一个合作”的能源战略，积极落实国家各项政策要求，推动清洁能源高质量、可持续发展。
截至 2017 年年底，国内光伏装机容量达到了147 GW。这得益于光伏发电技术的进步和一系列国家对光伏补贴政策的颁布实施。从 2013年开始，国内制定了上网标杆电价，明确了光伏电站的补贴机制，极大地刺激了国内光伏市场的发展。随着西部地区限电的出现，光伏电站开始东移，同时光伏领跑者基地、光伏扶贫也成了我国光伏电站的发展方向。在这一过程中，电站的建设条件日趋复杂，山地光伏电站越来越多。山地光伏电站所选择的地理位置一般处于没有被利用的荒山荒坡，所以山地光伏电站地形特点为：起伏、局部的坡度陡、整体落差大，而且地质条件多是风化碎石、连片岩石等，正因为这样的地形情况，对山地光伏电站的设计及建造形成了一定困难，组件方阵布置一般随坡就势，而且方阵布置的比较分散、在山地中各自成圈，同时还因为山坡陡峭落差大，产生遮挡现象，导致了光伏电站建成运营后目标发电效率降低，运维管理困难。据统计在山地光伏电站系统中，光伏组件遮挡、地形原因导致接收辐射量不同、组件污染等问题是导致山地光伏电站整体效率降低的主要原因，若能将这些问题合理处理及化解，光伏电站的总体效率将大幅提升。本文将通过现有技术手段探讨山地光伏电站运行优化与设备运行性能提升方案。
2. 山地光伏电站运行优化与设备运行性能提升方案
2.1组串连接方式的优化，最大限度提高组件效能
山地光伏电站光伏区山势起伏且多石多杂草，部分组件支架距离地面较近，组串的下层组件易因地形原因出现地势遮挡及杂草遮挡，影响发电效率。目前同一支架组串连接方式多为同一支架上层与下层串联（如图一），当组串中的某一片或若干片组件存在阴影遮挡，整个组串就会产生木桶效应，即整个组串的功率由输出最低的组件决定，极大降低了该组串的发电量。为提组串发电量，可根据组串的实际地理位置调整组串间的连接方式，将同时被遮挡的两个支架下层组串连接到一组，上层组串连接到一组（如图二）。这样在地形遮挡及草木遮挡下层组串时提高上层组串的发电量，以提高整体组串的发电效率。
图一 常规连接方式
图二 优化后连接方式
通过现场实际运行数据进行验证，选取电站#11光伏区11-1-#1组串式逆变器为实验对象，该逆变器连接10路组串，所带全部组串由于山势原因下午14点后下层组件均不同程度受到遮挡。改线后 1、2组串上排光伏组件连接，1、2组串下排光伏组件连接，通过光伏电站逆变器集中监控系统收集改线组串与未改线组串两个对比组的电流、电压数据，组串的发电量为电流、电压和时间数据的乘积，为保证实验数据的可靠性，实验采用相同时间段、同一地形下，同一逆变器改线组与未改线组下午14时的运行数据，如下表一：
改线组与未改线组地形相同，组串获得的辐照量相同，通过数据表一统计11-1-#1逆变器所带10组组串平均电流为4.4A，改线组上排组串电流提升50%，改线组下排组串电流降低20%，对比组功率合平均值为6.19kW，改线组超过对比组功率合平均值的20%，而且，该项目改线利用组件原有的连接线，改变组件的连接方式，不需要采购额外设备，因此无设备成本。通过此实验得出适合山地光伏电站光伏组件的随坡就势组串最优化的连接设计方案，该方案具有一定的经济意义。
2.2山地光伏电站组件清洗周期的分析
山地光伏电站由于地势特殊，清洗机械无法到达光伏区内部，组件清洗难度大，整体清洗成本较高。以葫芦岛南票地区为例，由于地理位置、大风、少雨等因素的作用，致使光伏组件表面容易积灰，而“灰尘”是影响光伏组件发电效率的一个重要的因素，因此必须对光伏组件进行定期的清理。然而，清理光伏组件需要消耗人工以及用水费用等，通过以下方案的设计及计算来确定葫芦岛南票地区光伏组件清洗的最佳周期。
光伏电站将原有气象站进行改造，新配置一套与原气象站参数及生产厂家相同的总辐射表，将新辐射表接入气象站服务器内，每日安排专人对新安装辐照表表面进行灰尘清理，通过气象站后台对比清理灰尘和未清理灰尘辐射表显示的辐照强度及累计辐射量，进行差值对比，从而计算出损失电量。
计算20MWp山地光伏电站组件清洗成本，目前市场清洗组件平地光伏3000元/MWp，山地光伏根据山势的清洗难度价格在3100-3500元/MWp，电站按照价格上限3500元/MWp进行计算，20MWp山地光伏电站组件清洗成本为7.0万元。根据目前国家批复的上网电价0.75元/kWh，单次清洗全站组件折合成电量的成本为9.34万kWh。根据计算日累计辐射量差值折算为日电量差值达到1.53万kWh时，结合气象预报及负荷预测系统预报的7日内无降雨信息时，为组件清洗的经济最优点。
3.结语
我国光伏发电行业发展迅速，在国家政策的引领下，随着山地光伏电站的增多，因地适宜的多元化维护方式逐步体现，为了更好提高现有设备的发电效率，降低维护成本，保障电站的安全高效运行，运行优化与设备运行性能的提升是未来光伏电站运维技术发展的趋势，我们要更好利用现有技术手段，并开拓创新新技术，使山地光伏电站运行及发电效率进一步提升，为我国的清洁能源事业做自己的贡献。
参考文献：
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[3]白恺、李智、宗瑾等．积灰对光伏组件发电性能影响的研究［J］．电网与清洁能源，2014，30（1）：102-108．
论文作者:张大为
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：光伏论文; 电站论文; 组件论文; 山地论文; 遮挡论文; 葫芦岛论文; 地形论文; 《基层建设》2019年第12期论文;