八街市幾乎在千葉縣正中央,是日本有名的花生產地之一,此外,西瓜、胡蘿卜、芋頭等城市近郊型農業也很興盛。在市中心JR八街站的周圍,開車只需10分鐘,就是大片的蔬菜等作物的田地了。
田地的一角,有一座SOLAR WORKS(橫濱市都筑區)運營維護(O&M)的輸出功率800kW的光伏電站(圖1)。阿特斯陽光電力制造的約3000塊多晶硅型太陽能電池 板,設置在利用樁基固定的不銹鋼架臺上。電池板輸出的直流電經由3臺250kW逆變器(PCS)轉換為交流電,由變壓器升壓后并入電網。
圖1:SOLAR WORKS在千葉縣八街市負責運營維護的光伏電站
檢查每塊電池板的輸出特性、溫度和裂紋
這座電站是從事光伏發電系統設計、采購及施工(EPC)服務等業務的橫濱環境設計(橫濱市港北區),在2012年開發、建設,后銷售給其他公司的。 SOLAR WORKS作為橫濱環境設計的子公司,經營光伏發電設備的運營維護、審核(電站的評估與核定)等業務。八街市的電站在轉讓后,依然由子公司SOLAR WORKS負責運營維護。
2014年10月上旬,SOLAR WORKS利用兩天時間,對八街市的電站實施了定期檢查。第1天,在不拆下電池板的情況下,檢查了每塊電池板的狀態。具體步驟為,(1)使用“IV曲線示 蹤儀”檢測每個組串(串聯的電池板群)的輸出特性(圖2);(2)以EL(電致發光)檢查評估電池板的裂紋(微裂);(3)用紅外線(IR)相機掌握溫度 分布,發現電池板的熱點、焊接不良等問題(圖3)。
圖2:檢查每個組串的輸出特性(IV曲線)
圖3:使用紅外線(IR)相機掌握電池板表面的溫度分布
要求制造商更換電池板的新式武器
3個評估項目中,EL檢查過去一般是拆下電池板拿到暗室中進行。德國斯圖加特大學的研究組開發出了可以在室外使用的便攜式檢查裝置。在日本,NPC(東京都荒川區)簽訂了該裝置的進口協議。SOLAR WORKS把目光投向了這種可攜帶的EL檢查裝置。
在全部簡單診斷結果的基礎上,第2天,將疑有重大缺陷的太陽能電池板從架臺上拆下,使用德國制造的“PV測試車”,在工廠出貨的狀態下,實施了IV曲線檢 測和EL檢查(圖4)。開到八街市光伏電站的“PV測試車”,不僅在此次定期檢查中大顯身手,還是可在今后提高運營維護方法附加值的“新式武器”。
圖4:德國制造的PV測試車開進電站
現在,光伏電站維護的一大課題,是即使經組串監測等發現了疑似輸出功率低下的電池板,制造商輕易也不肯答應予以更換。因為已經設置的電池板的輸出功率會隨日射強度和溫度時刻變化,無法與工廠出貨時按照JIS和IEC等國際標準檢測的最大額定輸出功率作比較。
因此,按照制造商提出的輸出功率保證條件,要求更換時,需要從架臺上拆下電池板,送到能夠按照國際標準檢測輸出功率的設施檢測。這樣,在檢查期間不僅發電量會減少,檢查費用也會很高。若非是明顯的輸出功率異常,如果只是疑似,電站方面很難下決心拆下電池板做檢查。
在電站按照國際標準1天可檢查電池板40~50塊
PV測試車可解決這種問題。可拆下疑似輸出功率異常的電池板,在開到電站內的PV測試車中,可按照國際標準簡單測定。
檢測具體步驟如下:(1)從架臺上拆下疑似異常的太陽能電池板(圖5);(2)將電池板固定在從PV測試車檢查裝置上拖出的框架上,把背面的布線與電源連 接(圖6,7);(3)讀取電池板的ID序號的條碼,調出個人電腦中保存的出貨時的性能數據;(4)把固定好電池板的框架推入檢查裝置中;(5)實施IV 曲線檢測和EL檢查。結果可以當場在配備的個人電腦的屏幕上查看(圖8,9)。據稱4人1天可檢測40~50塊電池板。當簡單檢測難以作出判斷時,還可把 電池板帶回檢查所做精密檢查。
圖5:卸下疑似故障的電池板
圖6:把待檢電池板固定在框架上
圖7:將電池板的布線與PV測試車的電源連接
圖8:在個人電腦畫面上顯示的輸出特性(IV曲線)
圖9:在個人電腦畫面上顯示的EL檢查圖像
SOLAR WORKS斥資約1800萬日元從德國購入了PV測試車。SOLAR WORKS的社長池田真樹說:當發現輸出功率低,要求電池板制造商更換時,對方也大都會以會不會是天氣持續不佳的原因?或也可能是電池板以外的原因?等推脫,不答應更換。如果能夠在電站內,按照工廠出貨時的條件檢測,就能成為要求制造商兌現保證的有力依據。
發現蝸牛紋并觀察過程
該公司推出了通過評估光伏電站判斷運轉情況的好壞,并為今后提供改善方案的運營維護服務。池田社長說:“過去針對光伏電站的運營維護服務主要是24小時 遠程監控和發出警報后趕赴現場。我們要提供的不是以前那種救護車式的服務,而是從預防的觀點出發,類似于健康體檢的運營維護。
那就是基于測量分析評估行動(存在問題時的應對);的四個步驟,向光伏電站的業主提供準確的評估和改善方法。具體是將測量數據制成分布圖,確定閾 值標準,來判斷運轉情況的好壞。當判斷為黃燈和紅燈時,研究并提出今后的改善方法。過去的光伏電站檢查服務大多只提供測量數據,既不判斷運轉情 況的好壞,也不提供改善方法(池田社長)。
在八街市實施的電池板全面檢查與使用PV測試車的簡單診斷,能為這種可提出改善方法建議的運營維護提供必要的數據。八街市電站的這次定期診斷所幸沒有發現需要制造商更換電池板的故障,但在多塊電池板上發現了蝸牛痕(圖10)。
圖10:蝸牛紋示例
蝸牛痕是指太陽能電池單元(發電元件)表面的顏色呈條紋狀加深,因酷似蝸牛爬過的痕跡而得名。原有的裂紋等是造成蝸牛痕的原因。雖然初期階段對輸出功 率沒有影響,但時間長了可能轉化成故障。池田社長認為,通過使用PV測試車收集檢查數據,可以重點觀察這些初期癥狀的發展過程。通過定期檢查,盡早發現 異常并采取合理對策,可以避免嚴重的發電損失。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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