光伏电站建设及运营管理研究

光伏电站建设及运营管理研究

【摘要】与常规发电项目相比，光伏电站的建设及运营管理有其自身的特点。本论文基于格尔木光伏电站，对其建设及运营管理工作进行了深入研究。论文详细介绍了工程建设中光伏组件、安装方式的选择，运营管理中如何提高发电量等。通过对相关实时数据的监测对比分析，得到了更加安全、可靠、造价更低的光伏电站建设及运营管理经验，为后续光伏电站的建设及运营管理提供了较好的应用依据及借鉴价值。

【关键词】光伏电站；建设；运营管理 1.引言

光伏电站与常规发电项目相比较，有其自身的特点。不同的光伏组件，不同的安装方式以及运营中系统的管理方式都会影响到系统的运行效率及最终发电量。本论文以格尔木光伏电站为例，详细介绍了并网光伏电站的建设及运营管理等工作，具有较好的借鉴价值。

2.工程建设

2.1 光伏组件的选择

光伏组件作为光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣对整个光伏发电系统的发电性能将产生直接影响。目前技术成熟、应用广泛的主要有单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅（薄膜）组件、砷化镓高倍聚光电池等。

（1）晶硅组件

单晶硅组件是采用单晶硅片制造的光伏组件，这类光伏组件发展最早，技术也最为成熟。其性能稳定，转换效率高，目前规模化量产的商品电池效率已达16%～18%。多晶硅组件的生产工艺与单晶硅基本相同，但由于生产多晶硅的硅片是由多个不同大小、不同取向的晶粒构成，因而多晶硅的转换效率要比单晶硅电池略低，规模化量产的电池转换率已经达到15%～17%。目前，国内主流组件厂家的单晶硅组件和多晶硅组件其转换效率和价格都趋于同一水平，因此对于同等容量的光伏电站，采用这两种组件无论从造价还是发电量而言，没有什么差别，只是理论上来讲，单晶硅组件在功率衰减、温度效应等方面优于多晶硅组件，但从实际应用方面来看，还需要一个较长时间的实际运行数据予以验证。

（2）薄膜组件

薄膜是在不同衬底上附着非晶态硅晶粒制成的，工艺简单，成本低廉，便于大规模生产，其规模化量产的转换效率为5%～8%左右，并且具有弱光性好，受高温影响小等优点，因此在早期受到人们的普遍重视，得到了快速的发展。但由于材料引发的光致衰减效应，特别是单结的非晶硅光伏组件，稳定性不高。

表1是格尔木地区投产光伏电站2011年5月～2012年5月多晶硅组件与薄膜组件的单个方阵实际发电量对比表。

如图1所示：通过实际运行数据对比不难发现，薄膜组件的发电量与多晶硅组件有较大差值。其中在气温较高的6～8月，发电量差值不大，在4%～7%之间，说明薄膜电池受高温影响小的特点比较明显。但通观全年，薄膜的发电量比多晶硅电池低16.8%。而在目前市场情况下，薄膜组件与多晶硅组件相比，其价格优势并不明显，甚至已不存在价格优势。因此，在现阶段的大规模光伏电站建设中，光伏组件的选择应以技术较为成熟的单晶硅、多晶硅组件为主，选择少量的先进的实验型薄膜组件进行试验性应用，以推动薄膜组件的技术进步和成熟。

2.2 不同安装方式对发电量的影响 光伏组件安装方式主要有：固定式、水平单轴跟踪、斜单轴跟踪和双轴跟踪。 （1）固定式安装 目前技术最成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装，如图2。 （2）水平单轴跟踪

水平单轴跟踪的转轴与地面所成角度为0，理论上水平单轴跟踪方式较固定式安装其发电量可提高20-25%。但其造价也要比固定式的高，如图3。

（3）斜单轴跟踪

为了综合上述两种方式的优点，在尽可能提高系统发电量的同时，又充分保证系统支架稳定性，又应运而生了一种斜单轴跟踪方式，实际上它是固定式和水平单轴的综合体。该方式单轴的转轴与地面所成角度一般小于当地纬度，这样相对于水平单轴跟踪方式，由于单轴的转轴与地面呈一定的倾斜角度，能够更多的提高系统的发电量，如图4。

（4）双轴跟踪 双轴跟踪系统，是方位角和俯仰角两个方向都可以运动的跟踪系统，双轴跟踪系统可以最大限度的提高太阳能设备利用太阳能的效率。理论上采用双轴跟踪可提高年均发电量35%～45%，如图5。

如图6与表2所示：通过对不同安装方式发电量的对比，可以看出：平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪比固定式安装的发电量都有提高，分别为10.2%、13.4%、36.6%。但是其造价以及后期的维护成本都要比固定式安装高。因此在选择安装方式时需要综合考虑发电量、造价、后期维护成本等各方面因素，选择适合于自身的安装方式。

2.3 设计优化对工程造价的影响

光伏电站与常规发电项目相比较，其建设成本要高出很多，以目前光伏组件的价格水平测算，采用多晶硅组件固定式安装的光伏电站单位千瓦造价约为1.2万元/kW左右。按照国家1.00元/kWh的电价测算，项目盈利压力依然较大，这就要求从工程建设阶段开始，在保证工程质量的同时，通过各种方法，降低工程造价，为项目的运营奠定良好的基础。

设计作为工程建设的龙头，它决定了工程的性质和工程造价的基础，工程在造价上是否合理，是浪费还是节约，在设计阶段就已定型，工程设计师建设项目进行全面规划和具体描述实施意图的过程，也是具体实现技术与经济对立统一的过程，而在这一阶段形成了设计概算，确定了投资的最高限额。可见工程设计是影响和控制工程造价的关键环节，光伏电站的投资虽然主要是设备投资，约占工程总造价的60%，而建筑工程只占总造价的25%左右，但通过优化设计，依然可以在一定程度上降低工程造价。以格尔木光伏电站为例，最初设计的光伏支架总重约3180t，经过多次修改设计，对支架设计进行优化，光伏支架总重量为1680t，节省钢材1500t，按7500元/t计算，工程造价降低1125万元（每瓦造价降低约0.56元）。

3.运行管理经验

3.1 格尔木地区实际光照资源分析

根据格尔木地区光资源分析，利用RETScreen软件可计算出最佳倾角38°时倾斜面获得太阳辐射量为79.07MJ/m2，在考虑尘土覆盖损耗、温度影响、逆变器损耗等影响系统发电量的因素后，多晶硅光伏电站实际转化为输出电能的太阳能辐射量为6263.43MJ/m2，光伏电站建成首年的利用小时数为1745.4h。根据

组件厂家提供的数据，10年衰减7%，20年衰减14%计算，25年衰减率约为17.5%，电站在寿命期内年均利用小时数为15h。

格尔木光伏电站一期20兆瓦项目2011年6月～2012年5月发电量及利用小时数统计见表3。

可以看出，格尔木地区光伏电站实际运行年利用小时数较设计值高出1.3%。 3.2 组件清扫对发电量的影响 众所周知，光伏组件的清洁程度会直接影响其发电量，我电站自投运初期高度重视光伏组件的清扫工作，为准确掌握组件清洁度对发电量的影响，分析清扫带来的发电收益与清扫成本之间的关系，我站进行了组件清洁试验。试验抽取5个单元(以一个汇流箱对应设备为一个单元，每个单元320块组件，发电功率73.6千瓦)，其中A单元每天进行清洁，B单元每周清洁一次，C单元每半月清洁一次，D单元每月清洁一次，E单元不清洁。2011年10月试验数据如表4。

根据以上数据，半月清洁一次带来的综合收益最高，若按20兆瓦光伏电站计算，按半月清洁一次计算，清洁光伏组件提高发电量可增加收益约193.87万元。当然，一个月的试验数据不具有广泛的代表性，由于每个季度气候不同，清洁光伏组件所产生的收益也会不同，比较准确的是积累一个完整年的数据进行分析，才能准确的说明组件清洁所带来的收益。

3.3 其他提高发电量的手段

除了上述光伏组件清洁直接带来的发电量提高外，不断的提高光伏电站的运行维护水平，从细节入手，对发电量的提高也是至关重要的。比如：定期检查光伏组件板间连线，方阵汇流箱内的连线，对于出现松动的部位及时紧固；检查光伏组件是否有损坏或异常，如破损、热斑等，当光伏组件出现问题时，及时更换；提高运维人员技术水平，完善设备备品备件，设备故障时及时消缺，减少故障损失电量等等。

4.结论

本论文以格尔木光伏电站为例，研究了并网光伏电站的建设与运营管理等相关工作。通过对光伏电站建设及管理经验的不断总结积累，得到更加安全、可靠、造价更低的方案，进而可以为后续光伏电站的建设及运营管理提供借鉴依据，降低工程造价，进一步促进光伏电站经济、持续、快速的发展。