?隨著市場的不斷回歸，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道。據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年我國光伏新增裝機(jī)總量為15.13GW，總裝機(jī)容量43.18GW，超越德國摘得全球光伏裝機(jī)之首的桂冠。
隨著互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善和相關(guān)分析技術(shù)的成熟，“互聯(lián)網(wǎng)+”亦正步入快速發(fā)展期，并持續(xù)獲得政策力挺。為提高可再生能源比重，促進(jìn)化石能源清潔高效利用，推動能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級，國家發(fā)改委、能源局、工信部近日聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》）。
《意見》提出，要推動可再生能源生產(chǎn)智能化，鼓勵建設(shè)智能風(fēng)電場、智能光伏電站等設(shè)施及基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧運(yùn)行云平臺，實現(xiàn)可再生能源的智能化生產(chǎn)；推動集中式與分布式儲能協(xié)同發(fā)展，推動在集中式新能源發(fā)電基地配置適當(dāng)規(guī)模的儲能電站，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與新能源、電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行；加快推進(jìn)能源消費(fèi)智能化，加強(qiáng)電力需求側(cè)管理，普及智能化用能監(jiān)測和診斷技術(shù)，加快工業(yè)企業(yè)能源管理中心建設(shè)，建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)的信息化服務(wù)平臺。這標(biāo)志著政府2015年提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”的能源版本正式面世。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大趨勢下，與其一脈相承的“智能光伏”再次受到矚目。
“智能光伏”是光伏發(fā)電、信息技術(shù)兩大領(lǐng)域的跨界和創(chuàng)新，帶來的創(chuàng)新產(chǎn)物即為智能化光伏電站。即從電站建設(shè)到運(yùn)維全流程進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，將數(shù)字信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏技術(shù)進(jìn)行跨界融合，實現(xiàn)合理優(yōu)化初始投資、降低運(yùn)維成本，提高系統(tǒng)發(fā)電量，增加投資回報率，且能夠適應(yīng)包括大型地面電站、山地丘陵、農(nóng)光互補(bǔ)和漁光互補(bǔ)等各種復(fù)雜場景。
1.智能光伏電站定義
所謂智能化即減少人的介入、實現(xiàn)全自動化無人運(yùn)行，實現(xiàn)故障的自動發(fā)現(xiàn)，自動診斷和自動修復(fù)，從而提升發(fā)電量，減少維護(hù)成本，提高系統(tǒng)收益。
智能化必須經(jīng)歷三個階段：自動化、信息化、智能化。
自動化是指電站現(xiàn)場減少人工的工作，系統(tǒng)設(shè)計成無易損部件，免維護(hù)，無需專家現(xiàn)場進(jìn)行問題診斷，無需人工現(xiàn)場修復(fù)；信息化是指組串的高精度智能檢測，信息的高速可靠安全低成本傳輸，后臺數(shù)據(jù)的高可靠性存儲及監(jiān)視；智能化則是基于大數(shù)據(jù)的問題分析，實現(xiàn)主動發(fā)現(xiàn)問題并提出運(yùn)維建議：基于遠(yuǎn)程移動運(yùn)維，實現(xiàn)專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)和復(fù)用；基于專家運(yùn)維系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)；基于自動報表系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不同層面的自動報告。
1.1.自動化
傳統(tǒng)方案中在自動化方面存在幾個問題。
第一，傳統(tǒng)方案一般放置于磚瓦房或集裝箱內(nèi)，設(shè)備體積大，需重型設(shè)備吊裝，安裝成本高。
第二，傳統(tǒng)方案在匯流箱中需大量使用熔絲保護(hù)，選用熔絲做組串防護(hù)，需大量常規(guī)維護(hù)。熔絲的老化熔斷隨著熔絲工作時間的增長必然會發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計直流熔絲電站現(xiàn)場失效從第4年開始失效率顯著升高。
第三，傳統(tǒng)方案采用外部風(fēng)扇進(jìn)行散熱，但風(fēng)扇防護(hù)等級只有IP54/55，防護(hù)等級較低，并且存在噪聲大，可靠性差，更換維護(hù)成本極高等問題，最重要的是一旦風(fēng)扇失效將極大減弱逆變器的散熱能力。逆變器機(jī)房需要人工日常定期清掃沙塵，長年的灰塵與鹽霧影響容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障，故障需要專家現(xiàn)場修復(fù)，運(yùn)維工作頻繁，周期長損失大。
智能光伏電站從整體架構(gòu)上來說更為簡單，去除易損件，把復(fù)雜功能進(jìn)行整合，去除需要維護(hù)的部件和工作?？傮w來說，智能光伏解決方案能讓電站建設(shè)更加簡單，簡化設(shè)計與采購環(huán)節(jié)，縮短建設(shè)周期，簡化備品備件的關(guān)系，提高系統(tǒng)可靠性及發(fā)電量。
1.2.信息化
傳統(tǒng)光伏方案在設(shè)備數(shù)據(jù)通信方面并不完善。
傳統(tǒng)方案數(shù)據(jù)監(jiān)測顆粒度粗，精度低，傳輸可靠性低。集中式/集散式逆變器沒有組串監(jiān)控，直流匯流箱也沒有組串監(jiān)控，檢測精度僅為3%，而且集中式只能檢測電流。
傳統(tǒng)方案整個通信網(wǎng)絡(luò)信號傳輸可靠性低，因為傳統(tǒng)電站子陣內(nèi)RS485通信連接設(shè)備部件種類多，包括直流匯流箱、直流柜、逆變器、箱變等設(shè)備，而且大多采用不同廠家的設(shè)備，由于不同設(shè)備設(shè)計差異，不同設(shè)備連接在一起后存在地電位差，造成接口模塊打壞，且無法事先對組合的部件進(jìn)行系統(tǒng)測試。
傳統(tǒng)方案環(huán)境適應(yīng)性差。傳統(tǒng)RS485經(jīng)常斷，與電力線纜一起鋪設(shè)的時候，會受到干擾，而且在潮濕、凍土、耕地等場景易被損壞，造成通訊中斷。另外電站內(nèi)傳輸一般存在光纖環(huán)網(wǎng)，光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)生問題后很難定位到問題出在哪里，造成故障后極難排查與恢復(fù)。
智能光伏解決方案能夠做到更高精度的組串智能檢測，子陣內(nèi)傳輸與電站內(nèi)傳出分別采用更先進(jìn)的PLC電力載波通信技術(shù)與4G無線通信技術(shù)。在組串檢測方面，采用高精度霍爾傳感器，通過高頻差分算法補(bǔ)償、高精度儀器出廠校準(zhǔn)，實現(xiàn)0.5%高精度監(jiān)測，能對組串電壓、電流二維信息精確監(jiān)測，精度是智能匯流箱的6倍以上。并且可以實時監(jiān)控組串狀態(tài)，發(fā)生異常自動告警，精確定位組串故障。
引入PLC電力載波通訊技術(shù)替代RS485，傳輸速率從RS485能達(dá)到的9.6bps（最大也只能19.2Kbps）大大提升到200Kbps。在施工方面PLC技術(shù)借用交流線做通道，不需額外布線，節(jié)省通訊線纜和施工費(fèi)用0.01元/W，而傳輸RS485方案施工復(fù)雜，需挖溝埋線纜。PLC方案借用交流線做通道，可靠性高，器件損壞僅更換故障單板即可，可維護(hù)性好，而傳輸RS485方案工程接線易出錯，中間斷鏈影響局部通信，線纜斷線后，需挖溝更換，可維護(hù)性差?？傮w來說，PLC電力載波通訊技術(shù)，能達(dá)到節(jié)省通訊線纜，提高可靠性的目的。
在電站內(nèi)通信方式采用4G無線通信技術(shù)，構(gòu)建智能管理網(wǎng)絡(luò)，此先進(jìn)的技術(shù)帶來多方面的以下優(yōu)點(diǎn)。功能方面，單站最大可覆蓋80平方公里、傳輸時延>50ms、電站可平滑擴(kuò)容。在施工運(yùn)維方面，無需光纖及挖溝鋪光纜、故障定位、維護(hù)簡單。在管理方面，光伏電站內(nèi)的移動互聯(lián)網(wǎng)，智能光伏終端、無人機(jī)、遠(yuǎn)程專家協(xié)同高效運(yùn)維。
1.3.智能化
傳統(tǒng)光伏方案并沒有涉及頂層智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解決方案，通過建立一套全球化自動營維系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，構(gòu)建一體化云平臺，構(gòu)建面向“能源互聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用基礎(chǔ)。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
①大數(shù)據(jù)分析主動挖掘低效器件，實現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)；
對于電站業(yè)主，尤其是有大量光伏電站的客戶，不僅要考慮電站如何維護(hù)，更要考慮電站如何運(yùn)營，主動地優(yōu)化電站的運(yùn)行狀態(tài)，比如通過5點(diǎn)4段的PR分析，把每一段組件+線纜、逆變器、箱變、升壓段的線損等所有的電站綜合起來分析，通過橫向和縱向的分析，把效率低的電站的和階段找出來，進(jìn)行優(yōu)化。
通過大數(shù)據(jù)分析，對所有的組串和設(shè)備做離散分析，把異常但是沒有出問題告警的組串/設(shè)備識別出來，比如一個熱斑，系統(tǒng)可能沒有告警，但是已經(jīng)比其他組串落后，就可以通過離散分析找出來，進(jìn)行預(yù)測性的維護(hù)，這就是主動經(jīng)營的應(yīng)用。
此外，還可以通過設(shè)備間的對比分析，以及設(shè)備長期以來的效率和故障統(tǒng)計，進(jìn)行設(shè)備的評估，為未來的設(shè)備選型和方案設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。
②遠(yuǎn)程運(yùn)維，電站現(xiàn)場“無人值班、少人值守”
在電站現(xiàn)場無需人員值班，專家在總部集中實施監(jiān)控、分析即可。當(dāng)電站出現(xiàn)問題時，主動將告警與修復(fù)建議推送值守人員，值守人員可完全按照指示處理，快速提交閉環(huán)。遇到復(fù)雜問題，可進(jìn)行現(xiàn)場狀況實時回傳，包括視頻、語音、數(shù)據(jù)等全方位信息，數(shù)據(jù)回傳至云數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心專家進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，實現(xiàn)保障現(xiàn)場人員安全、規(guī)范修復(fù)故障流程、處理結(jié)果迅速閉環(huán)。
③精準(zhǔn)定位故障，減少誤診斷率，提高運(yùn)維效率
很多集中式電站中，組串發(fā)生問題都發(fā)現(xiàn)不了，發(fā)電量的損失根本都找不回來。結(jié)合智能光伏控制器的組串級高精度的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)故障，另外通過數(shù)據(jù)庫的分析，能夠精確地發(fā)現(xiàn)是哪個設(shè)備發(fā)生故障，還能根據(jù)預(yù)制和運(yùn)維經(jīng)驗得來的措施，提出處理建議，讓運(yùn)維人員有目的的上站，一次性解決問題，避免來回排查、取設(shè)備等。
2.智能化光伏電站的構(gòu)成
光伏電站智能化構(gòu)成可分為3個層次：底層——設(shè)備硬件智能化（包括光伏組件、逆變器、配電裝置等）；中間層——光伏電站生產(chǎn)監(jiān)控管理功能智能化及發(fā)電最優(yōu)控制；頂層——大區(qū)域決策服務(wù)。
1、底層——光伏場內(nèi)硬件設(shè)備，應(yīng)配置智能光伏控制器，控制器應(yīng)能精細(xì)實現(xiàn)沒錄光伏電池組串的數(shù)據(jù)監(jiān)測，對輸入的每一路進(jìn)行獨(dú)立的電壓電流檢測，提高檢測精度，為準(zhǔn)確定位故障與提高運(yùn)維效率奠定了基礎(chǔ)；MPPT路數(shù)更多，能實現(xiàn)能量的精細(xì)化管理；采用高精度的傳感裝置，保證更高的數(shù)據(jù)精度，提升電站系統(tǒng)的發(fā)電量和維護(hù)性。
2、中間層——光伏電站智能化運(yùn)維系統(tǒng)，基本分為智能光伏監(jiān)控系統(tǒng)電站和智能光伏生產(chǎn)管理系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)之間真正的互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與各子站的信息互通。整個系統(tǒng)按照“一體化”設(shè)計原則，在統(tǒng)一的通信平臺上，配置一體化的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對電站各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
3、頂層——集團(tuán)總部或區(qū)域集控運(yùn)維中心，實現(xiàn)對各電站進(jìn)行集中管理，提高電站的管理和運(yùn)維效率，提升發(fā)電量，降低管理成本；基于云計算平臺，具備管理數(shù)十吉瓦、數(shù)百電站的數(shù)據(jù)接入能力，支持25年，數(shù)百TB的數(shù)據(jù)存儲，完備的權(quán)限控制和鑒權(quán)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)安全；支持多種電站接入，擴(kuò)展介入新電站，將位于全國不同位置的多個電站當(dāng)作本地邏輯電站進(jìn)行管理，分析各電站全年和各月發(fā)電計劃完成情況、運(yùn)維投入情況，輔助集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)決策分析；匯總多個電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)、融合分析、形成一整套跨點(diǎn)站的KPI指標(biāo)來評估電站的運(yùn)營情況，評估電站的運(yùn)行健康狀態(tài)，快速找出短板，給出優(yōu)化建議。
3.智能光伏電站的技術(shù)特點(diǎn)與客戶價值
相比傳統(tǒng)電站，智能光伏電站具有更高的投資收益率和可用度等一系列優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、智能光伏電站的內(nèi)部收益率IRR相比傳統(tǒng)電站提升3%以上。由于采用多路MPPT、多峰跟蹤等先進(jìn)技術(shù)，有效降低了組件衰減、陰影遮擋、施工安裝不一致、地形不一致、直流壓降等光伏陣列損失的影響，系統(tǒng)PR（PerformanceRatio）值達(dá)到83%以上，相比傳統(tǒng)方案平均發(fā)電量提升5%以上，內(nèi)部收益率IRR提升3%以上。
2、25年的系統(tǒng)可靠運(yùn)行免維護(hù)設(shè)計。智能光伏控制器采用IP65防護(hù)等級，實現(xiàn)內(nèi)外部的環(huán)境隔離，使器件保持在穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境中，降低溫度、風(fēng)沙、鹽霧等外部環(huán)境對器件壽命的影響；系統(tǒng)無易損部件，無熔絲、風(fēng)扇等需定期更換器件，實現(xiàn)系統(tǒng)免維護(hù)；從器件到系統(tǒng)實現(xiàn)25年可靠性設(shè)計及壽命仿真，加上嚴(yán)格的驗證測試，保證系統(tǒng)部件在整個生命周期內(nèi)無需更換，可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
3、光伏電站裝機(jī)容量的實際利用率高。智能光伏電站年平均故障次數(shù)少30%，系統(tǒng)故障對發(fā)電量的影響只有傳統(tǒng)方案的十分之一，質(zhì)保期外的維護(hù)成本只有傳統(tǒng)方案的五分之一。傳統(tǒng)的光伏電站本質(zhì)上是一個串聯(lián)系統(tǒng)，直流匯流箱、直流配電柜、機(jī)房散熱及輔助源供電設(shè)備、逆變器大機(jī)等任何一個部件的故障均會造成部分或者全部光伏整列發(fā)電損失，由于需要專業(yè)人員維護(hù)，修復(fù)周期長，成本高。而智能光伏電站結(jié)構(gòu)簡單，本質(zhì)上是一個分布式的并聯(lián)系統(tǒng)，單臺逆變器的故障不影響其它設(shè)備運(yùn)行，而且由于體積小、重量輕、現(xiàn)場整機(jī)備件，易安裝維護(hù)，大大提升了系統(tǒng)的可用度。
4、組串級的智能監(jiān)控及多路MPPT跟蹤技術(shù)，確保電站“可視、可信、可管、可控”。智能光伏控制器對輸入的每一路組串進(jìn)行獨(dú)立的電壓電流檢測，檢測精度是傳統(tǒng)智能匯流箱方案的10倍以上，為準(zhǔn)確定位組串故障，提高運(yùn)維效率奠定了基礎(chǔ)。多路MPPT技術(shù)，降低遮擋、灰塵、組串失配的影響，平坦地形下發(fā)電量提升5%以上；在屋頂、山地電站中降低不同朝向、陰影遮擋的影響，發(fā)電量提升8-10%；與跟蹤系統(tǒng)配合使用，跟蹤控制與控制器集成，能夠?qū)崿F(xiàn)對支架的獨(dú)立跟蹤，提升發(fā)電量，智能控制器和跟蹤支架成為最佳伴侶。
5、智能光伏電站“可升級、可演進(jìn)”。當(dāng)組件技術(shù)進(jìn)步，運(yùn)行環(huán)境發(fā)生變化時，利用智能光伏控制器的軟件可遠(yuǎn)程在線升級，后向兼容設(shè)計等特性，無需更換網(wǎng)上運(yùn)行設(shè)備，通過算法升級就能夠享受最新的技術(shù)成果，最大化復(fù)用現(xiàn)有設(shè)備。
6、智能主動電網(wǎng)自適應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)友好。利用智能控制器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優(yōu)勢，主動適應(yīng)電網(wǎng)的變化，更好實現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)控制，更優(yōu)的并網(wǎng)諧波質(zhì)量，更好地滿足電網(wǎng)接入要求，提高在惡劣電網(wǎng)環(huán)境下的適應(yīng)能力。
7、主動安全。降低直流傳輸?shù)木嚯x，實現(xiàn)主動安全。直流的安全傳輸與防護(hù)是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。智能光伏電站采用無直流匯流設(shè)計，組串輸出的直流電直接進(jìn)入逆變器逆變?yōu)榻涣麟娺M(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，主動規(guī)避直流傳輸帶來的安全和防護(hù)問題，降低直流拉弧帶來的安全隱患，使電站更加安全。
PID導(dǎo)致的組件功率衰減會極大的影響投資收益，通過智能控制器自動檢測組件電勢，主動調(diào)整系統(tǒng)工作電壓，使電池板負(fù)極無需接地的情況下，實現(xiàn)對地正壓，有效規(guī)避PID效應(yīng)；由于電池板負(fù)極無需接地，加上逆變器內(nèi)部的殘余電流監(jiān)測電路，能夠在檢測到漏電流大于30毫安的情況。
“用戶體驗”是互聯(lián)網(wǎng)的核心思維，也是光伏企業(yè)發(fā)展的不二法門。隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展日趨成熟，光伏電站運(yùn)行場景逐漸多樣化，在此情況下，提升光伏電站發(fā)電量，保障電站安全運(yùn)行成為電站業(yè)主最基本的訴求。光伏電站智能化，不僅為不同地區(qū)、不同場景的電站提供契合自身的解決方案，在降低運(yùn)維成本，提高光伏電站收益方面更具優(yōu)勢，是我國智慧能源產(chǎn)業(yè)體系的重要組成部分，也是光伏發(fā)展的新趨勢。
