未來(lái)智能光伏電站的技術(shù)方案

未來(lái)智能光伏電站的技術(shù)方案

1實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新,豐富光伏發(fā)電技術(shù)深度融合技術(shù)未來(lái)，智能智能光塔將集成多種智能設(shè)備、智能材料、智能監(jiān)控技術(shù)、智能運(yùn)營(yíng)和維護(hù)管理、數(shù)字信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。將智能技術(shù)與光能發(fā)電技術(shù)整合，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力，將光能高效、安全、可靠轉(zhuǎn)化為能耗，并將電網(wǎng)流程整合到各個(gè)層次。2智能設(shè)備和材料2.1功率優(yōu)化器erwelling智能光伏組件是將一種功率優(yōu)化器模塊安置于每塊光伏組件背后,使每個(gè)模塊可獨(dú)立進(jìn)行MPPT(MaximumPowerPointTracking)追蹤,大幅改善傳統(tǒng)太陽(yáng)光電系統(tǒng)在陰影遮蔽下導(dǎo)致的功率損失,可提高系統(tǒng)發(fā)電效率約25%以上。太陽(yáng)光電系統(tǒng)搭配使用功率優(yōu)化器后,可更有效利用屋頂面積,增加系統(tǒng)設(shè)置彈性,系統(tǒng)安全性也大幅提高。功率優(yōu)化器為近幾年才研發(fā)出的市場(chǎng)新產(chǎn)品,其主要概念是將太陽(yáng)能逆變器中的最大功率追蹤MPPT運(yùn)算功能獨(dú)立出來(lái)。2.2組串mppt跟蹤目前在集中式光伏電站中,智能匯流箱只具有組串匯流、過(guò)流保護(hù)及電參數(shù)測(cè)量功能,不能滿足未來(lái)光伏組串運(yùn)行監(jiān)測(cè)的需求;需提高對(duì)組串電參數(shù)的測(cè)量精度,并利用特征波形分析電弧、電纜接觸不良故障及定位,對(duì)獨(dú)立或兩串并聯(lián)光伏組串MPPT最大功率進(jìn)行跟蹤。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳等功能的智能匯流箱,可保障組串最大功率輸出及故障監(jiān)測(cè)快速定位。將智能匯流箱技術(shù)延伸,采用感溫電纜與光伏組件、電纜平行無(wú)間隙鋪設(shè),利用智能匯流箱通過(guò)感溫電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏組件、連接電纜的故障點(diǎn)高溫度變化,通過(guò)視頻聯(lián)動(dòng)、電站終端報(bào)警及快速定位,滿足未來(lái)智能光伏電站的需求。2.3光伏組件故障特征及處理方法智能監(jiān)控體現(xiàn)在光伏系統(tǒng)中的每個(gè)部件,從組件經(jīng)功率優(yōu)化器輸出的最大功率到智能匯流箱對(duì)組串、電纜電參數(shù)檢測(cè),從開關(guān)柜到逆變器的可調(diào)度等特點(diǎn),集中體現(xiàn)智能監(jiān)控技術(shù)在智能傳感器、智能設(shè)備、智能監(jiān)控終端及智能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。而監(jiān)測(cè)預(yù)警防范于未然也是智能電站的重要標(biāo)志,如何對(duì)光伏電站故障率最高、經(jīng)常以火災(zāi)形式面對(duì)世人且應(yīng)用數(shù)量最多的組件及連接電纜進(jìn)行監(jiān)測(cè)?可利用組件與連接電纜故障特征:如光伏組件多發(fā)生背板粘附失效、接線盒破損、支架斷裂、EVA材料褪色、電池片破碎、玻璃板損壞、熱斑、旁路二極管故障、聯(lián)接器內(nèi)微電弧、電氣連接電纜接觸不良等故障。故障特征分為局部過(guò)熱和視頻圖像改變(顏色、結(jié)構(gòu)、外觀等),通過(guò)紅外熱成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏組件性能特征的二維分布圖,并結(jié)合電參分析判斷。而視頻圖像特征改變(顏色、結(jié)構(gòu)、外觀等),利用視頻圖像識(shí)別軟件對(duì)其對(duì)比分析技術(shù)、自學(xué)習(xí)方法將原始圖像典型特征記憶功能與實(shí)時(shí)視頻對(duì)比分析鑒別。依據(jù)上述特征,可采用人工、直升機(jī)、軌道式的紅外成像、視頻監(jiān)測(cè)移動(dòng)平臺(tái),定時(shí)或?qū)崟r(shí)對(duì)光伏組件前后板監(jiān)測(cè)。而軌道式紅外成像、視頻監(jiān)測(cè)移動(dòng)平臺(tái)(見圖1),利用大型電站組件安放結(jié)構(gòu)相同的特點(diǎn),組件支架固定安裝鋼纜軌道,使紅外成像、視頻監(jiān)測(cè)移動(dòng)平臺(tái)在上移動(dòng),不但對(duì)組件前后板、連接電纜進(jìn)行紅外成像、視頻自動(dòng)循環(huán)移動(dòng)監(jiān)測(cè),而且對(duì)故障能夠快速定位,并通過(guò)無(wú)線傳輸圖像及數(shù)據(jù),終端分析故障告警,及未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)警評(píng)估。為提高分析精準(zhǔn)度,在終端采用同一組件前面與背板數(shù)據(jù)對(duì)比分析驗(yàn)證。對(duì)于電池片隱裂等可視故障,可通過(guò)遠(yuǎn)程視頻遙控進(jìn)一步分析。實(shí)現(xiàn)故障隱患早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理,避免電量損失及火災(zāi)發(fā)生。2.4光伏組件表面污染智能材料也是未來(lái)光伏電站特征之一,比如:光伏發(fā)電量的多少主要取決于光伏組件數(shù)量、光伏組件效率、逆變器效率傳輸損耗、太陽(yáng)輻照量、環(huán)境影響及運(yùn)維管理。而組件表面污染是影響發(fā)電量的主要原因,主要表現(xiàn)為:遮蔽到達(dá)組件的光;影響散熱;具備酸堿特性的灰塵沉積在組件表面,長(zhǎng)時(shí)間侵蝕后板面粗糙不平,有利灰塵進(jìn)一步積聚,同時(shí)增加了陽(yáng)光漫反射。據(jù)測(cè)量,在我國(guó)西部地區(qū)冬季,一個(gè)月沉積的沙塵若不及時(shí)清掃會(huì)導(dǎo)致光伏組件的發(fā)電量降低30%以上,損失驚人。到目前為止,國(guó)內(nèi)基本采用人工清理,清理周期基于組件表面污染積累情況而定。由于人工清理勞動(dòng)強(qiáng)度大,“物理+化學(xué)”清理組件表面易受損傷,且不能保證及時(shí)清理,由此同樣也面臨著發(fā)電量的損失。一種智能材料在常溫條件下通過(guò)噴涂在光伏板玻璃的表面,并在光伏板玻璃表面形成一層透明自清潔防護(hù)膜,具有可增加光伏組件玻璃透光率、催化分解有機(jī)物、超親水性及防靜電的性能,使光伏組件玻璃獲得自清潔功能,能有效提高組件的發(fā)電量。2.5氣象、衛(wèi)星數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)瞬時(shí)功率預(yù)測(cè)是智能光伏電站的一部分。由于受環(huán)境及氣象的影響造成發(fā)電輸出功率的不確定性,使得并網(wǎng)發(fā)電變得復(fù)雜,同時(shí)給電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)未知。而當(dāng)?shù)貧庀?、衛(wèi)星數(shù)值預(yù)報(bào)由于監(jiān)測(cè)網(wǎng)格較大,預(yù)測(cè)功率精度低。如以局部地區(qū)光伏電站上空云為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)比云量、灰度、風(fēng)向的參數(shù)變化,對(duì)未來(lái)(15min~4h)遮擋太陽(yáng)的云圖像進(jìn)行視頻分析,計(jì)算出云移動(dòng)速度、相對(duì)的云量、灰度與輻照度的關(guān)系,由輻照度、組件面積及參數(shù)等計(jì)算出未來(lái)時(shí)間的發(fā)電功率,實(shí)現(xiàn)對(duì)局部地區(qū)電站未來(lái)發(fā)電功率預(yù)測(cè)的目的,如圖2所示。3光伏電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)建議通過(guò)上述智能設(shè)備、智能材料、智能監(jiān)測(cè)在光伏電站應(yīng)用思考的描述,給電站智能運(yùn)維管理提供了技術(shù)保障,從時(shí)間、空間、設(shè)備多層面多維度進(jìn)行監(jiān)控、運(yùn)維、管理、告警,對(duì)電站運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行分析、判斷、評(píng)估、整合,達(dá)到對(duì)光伏電站性能評(píng)價(jià)指標(biāo)分析的目的,可實(shí)現(xiàn):1)判斷光伏電站建設(shè)質(zhì)量是否滿足標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2)自動(dòng)體檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷,向業(yè)主實(shí)時(shí)匯報(bào)光伏電站的健康情況,分析并確定故障類型和位置。3)挖掘收益提升空間,為光伏電站運(yùn)行提供針對(duì)性建議。如結(jié)合光伏電站的地理環(huán)境、氣候特點(diǎn),電站規(guī)模利用電站采集的數(shù)據(jù)信息預(yù)測(cè)發(fā)電量,確定灰塵遮擋的最佳容忍度和制定經(jīng)濟(jì)性最佳的清洗方法、周期、費(fèi)用等,實(shí)現(xiàn)收益的最大化。4)結(jié)合未來(lái)網(wǎng)絡(luò)信息共享,利用周邊光伏電站信息結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)字信息、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù),實(shí)現(xiàn)局地瞬時(shí)功率預(yù)測(cè),準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)間的發(fā)電量,使能量調(diào)度更精細(xì)化。5)給運(yùn)行人員、檢修人員、管理人員等提供全面、便捷、差異化的數(shù)據(jù)和服務(wù)。6)為今后優(yōu)化光伏電站設(shè)計(jì)建設(shè)、電站設(shè)備規(guī)劃、新設(shè)備接入、維護(hù)、更新、系統(tǒng)部件運(yùn)行最佳匹配、故障早期預(yù)判提供依據(jù)支撐。4光伏組串/模塊化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)國(guó)家新能源發(fā)展解讀,發(fā)展安全、穩(wěn)定、可調(diào)度、多能互補(bǔ)的中高壓交、直流電站是未來(lái)的方向,但由于技術(shù)與成本原因發(fā)展受阻。探索一種串聯(lián)式中高壓光伏方陣,目的是克服由于光伏組件的耐壓≤1000V使組件串聯(lián)數(shù)量受組件承受的電壓所限(典型組串應(yīng)用20塊組件串聯(lián)組成,組串輸出開路電壓≤1000V)。目前集中式和組串式光伏電站為提高發(fā)電功率不得不采用若干臺(tái)的匯流設(shè)備將大量的光伏組串進(jìn)行并聯(lián),造成電纜應(yīng)用數(shù)量多、傳輸電流大、配套設(shè)備多及損耗嚴(yán)重等缺點(diǎn)。如利用一種具有最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT、儲(chǔ)能、功率調(diào)節(jié)、高壓隔離(隔離電壓>直流系統(tǒng)電壓)、自然散熱、數(shù)據(jù)通訊等功能模塊。將光伏組串與該模塊連接實(shí)現(xiàn)高壓隔離輸出,其組成為光伏組串功率單元,提高光伏組串的耐電壓,實(shí)現(xiàn)多組組串之間再串聯(lián)成為串聯(lián)式中高壓光伏方陣(見圖3)。其拓?fù)滢饤壌罅康膮R流設(shè)備及并網(wǎng)變壓器,提高逆變、直流設(shè)備輸入電壓,減少傳輸電流,并優(yōu)化、增大發(fā)電功率,降低傳輸線路、設(shè)備損耗及故障,同時(shí)滿足不同功率光伏組串功率的再串聯(lián),實(shí)現(xiàn)光伏直流中、高壓傳輸?shù)哪康?。將上述模塊技術(shù)延伸,利用“模塊化多電平技術(shù)”,以光伏組串功率單元(光伏組串+模塊)為控制對(duì)象,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能、無(wú)匯流、無(wú)變壓器、無(wú)大型設(shè)備房及化整為零的逆變器裝置,實(shí)現(xiàn)單元化多電平星形或角形串聯(lián)式中高壓光伏電站系統(tǒng),如圖4、5所示。同樣將上述模塊技術(shù)延伸,實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)(風(fēng)、光、水、生物、儲(chǔ)能等)不同特性電源間的補(bǔ)償調(diào)節(jié)。將多種能源與多模塊連接組成若干不同能源功率單元,將各個(gè)功率單元串聯(lián)連接,利用系統(tǒng)功率單元可冗余、輸出功率可不同等模塊化的特點(diǎn),將儲(chǔ)能、多能互補(bǔ)、逆變?nèi)跒橐惑w,組成一個(gè)單元化多能互補(bǔ)串