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《比特与瓦特》:华为又一黑科技!大幅提升屋顶光伏发电量!

   2024-02-22 浙江企业新闻网14070
核心提示:华为站在科学和产业的交叉点上,为光伏发电技术提供了更多更优质的方案

小时候读武侠,发现金庸小说主人公武功进阶过程都离不开师父的悉心传授和点拨,连驽钝如郭靖,都在各位金牌私教的点拨之下成为赫赫有名的“北侠”,尤其是性子疏懒的洪七公也按照郭靖的特质进行了悉心传授,最后使得丐帮帮主世传武功“降龙十八掌”更像是为郭靖这般气质的人所生。

光伏江湖也存在武功学习禀赋差异,有晴空万里、阳光普照的集中式光伏,也有阴影时见、遮挡时现的分布式光伏。就像天生禀赋并不十分出色的郭靖,分布式光伏也可以在金牌私教的点拨之下,化不利为有利,将发电资源发挥到极致,取得高阶效率。这一“金牌私教”就是华为数字能源开发的智能组件控制器(华为优化器)。第8期《比特与瓦特》栏目介绍了这一方案。

《比特与瓦特》是华为数字能源推出的黑科技视频栏目。栏目名称来自数字单位比特(Bit)能源单位瓦特(Watt)。

在光伏领域,数字化、智能化技术对能源技术进行精准管理,已经成为一大趋势。但这些融入能源的数字技术,因为属于新兴和“高阶”领域,显得有些“高深莫测”,并不为人所熟悉。华为多年来吸纳了大量ICT、电力电子等领域的科学家,他们具备对技术的深入理解和洞察,同时也在新能源项目中担纲重要职能。每一期《比特与瓦特》,两个拟人化小人儿“比特”和“瓦特”拜访具有这些实战经验的技术专家,他们用简洁明了的语言,结合华为大量落地实践,科普数字能源领域更新更优的技术方案,帮助大家增加对数字能源黑科技的了解,理解行业动向背后的逻辑。

本期《比特与瓦特》邀请的是华为数字能源高级专家顾桂磊,他介绍了华为优化器方案在光伏发电中的多重价值。

多发价值

将组件禀赋和能量百分百发挥是每一个光伏电站的期待,这样能够将发电效率最大化。但是就像高手也有疲惫乏力时,常有一些阻碍因素影响发电。

顾桂磊介绍说:“影响光伏发电的因素很多,其中一个就是光伏组件的阴影遮挡问题,树叶、鸟粪、污物都可能形成阴影,输出功率就会下降,导致串联在同一组串上的其他组件的输出功率也被拉低。”

相信每一个光伏项目开发者都期待光伏组件时时清亮如新,日日艳阳高照,但是真实情况却是一只鸟飞过,它造成的阴影都会短暂影响组件发电,更不用说鸟儿向组件“馈赠”粪肥了,这些将和太阳斜射之下的树叶一起对组件发电效率带来“阴影”。

从电量损失来看,虽然受阴影和遮挡影响的组件损失大,但损失更大的是因为木桶效应而形成的电量损失。串联在一起的没有受到阴影和遮挡影响的组件也将受到拖累,导致出现更大的电量损失。

在这一时刻,华为优化器就有了应用空间。华为优化器就是安装在组件下方的DC/DC转换装置,以Buck电路为基础,采用“优化器 + 双级逆变器”架构。

它的技术原理是,通过优化器内 DC-DC 电路,改变光伏组件输出 IV 特性曲线,使组件最佳功率点不再仅仅局限在单一一点,而变成了一个可以调节的范围曲线。组件在这个范围内都可以输出最佳功率,即使每块组件的最佳功率点不一致,却依然可以在最佳功率点工作。

顾桂磊用更通俗的话介绍说:“当单块光伏组件被遮挡,导致输出功率下降时,优化器就会自动调整输出状态,通过智能MPPT追踪技术,让每块组件工作在最大功率点上,实现发电量最大化。”

如此一来,优化器就成为每块光伏组件的“金牌私教”,因材施教,独立追踪每块光伏组件的最大功率,从而发电更多。

更重要的是,被遮挡的光伏组件被单独隔离,这样就不会拖累其他正常光伏组件,可大幅减小组件之间的失配,能够保证每块组件都工作在最大功率点上,从而带来比传统光伏系统更高的发电量和收益。

这些阴影和遮挡虽然分布式光伏比较常见,但是并非仅仅屋顶式光伏才有,这可以说是每一个组件都有可能因为阴影和遮挡而受影响,所以华为的优化器在每个光伏场景都有巨大的发挥空间,能够将每一块组件的禀赋发挥到最大值。通过给每块组件加装优化器,可以实现组件级优化,使每块组件达到最优发电。

华为在南方工厂屋顶以真实环境搭建了优化器实证基地,模拟优化器在户用系统真实运行环境的表现,通过装配对比试验保障产品性能。根据实测数据显示,配置华为智能组件控制器后,光伏系统发电量提升了5%-30%。

甚至没有任何阴影和遮挡的光伏组件,都可以因为优化器的因材施教作用,将禀赋开发到极致,产生电量更多。据实测数据推测,在无遮挡场景下全生命周期可提高发电量 5.5%。

这是因为组串失配导致木桶效应出现,并不仅仅是因为遮挡和阴影,制造公差、组串老化衰减等原因都可能导致失配,输出功率及输出电流偏低,从而整个组串发电量偏低。但是,输出电流偏低的光伏组件,经优化器后输出电流抬升,就能够实现整个组串的统一高工作电流,提升整体发电量。

多装价值

良好的光照和气候条件、附近无遮挡等因素是设计分布式光伏系统的首要考量。但是随着度电成本进一步降低,分布式光伏的普及程度也大大提升,优质屋顶资源已经越来越稀缺。

一般情况下,各类场景存在的遮挡比例如下:

将原来因为阴影和遮挡比较多从而显得不那么优质的屋顶资源利用起来,从“多装”角度发力,成为光伏项目开发的一条新路径。面对有遮挡或者多朝向屋顶的光伏安装需求,如何更优更省的完成有遮挡场景光伏系统高质量设计逐渐成为业内普遍难题。

华为优化器,也能够在这一价值路径中发现其用武之地。

华为经过对大量屋顶资源经过研判后发现,之所以屋顶资源无法物尽其用,跟传统组串铺设方案有一定缺陷有关。

•  分布式屋顶遮挡情况多,为避开遮挡,可铺设组件空间面积少,屋顶资源利用率低;

•  部分组件出现阴影遮挡情况时,会影响整个组串发电量;

•  同一组串内的组件需保证朝向、倾角一致,否则会产生组串串联失配,导致整个组串发电量降低;

•  部分屋顶由于面积较小,可安装组件的数量无法满足逆变器接入的最低电压要求,导致无法进行安装,造成资源浪费。

通过优化器解决方案可完全避免上述问题。优化器内电路可单独对每块组件的电流和电压进行调节,使组件之间发电互不影响。因此,在复杂场景下,即使输出电流不一致的组件也可连接到同一组串内,避免串联失配影响,提高系统直流容量,增加整体发电量。在施工设计中,可将不同朝向,倾角的组件均连接至同一组串内,实现灵活设计,最大化利用屋顶面积。

采用优化器的组件铺设方案能打破传统组件铺设规则,充分利用屋顶面积,将这些本来不那么优秀的屋顶资源变得“优秀”,在有限空间实现更高装机容量。

例如华为为某教学楼组件进行分布式光伏排布设计:

如果按照传统规则设计的方案(黑色部分),总容量 125.28kW,而采用华为优化器就可以充分实现多装(红色部分),使得系统容量达到 157.68kW,提升了 25.9%。

因为能够充分利用有限屋顶资源,这就极大地拓展了分布式光伏的市场深度与广度。无论是户用房顶上有烟囱、基站天线、树木所带来的阴影,还是厂房屋顶受到广告牌、梯间、高楼等影响,华为优化器方案之下,光伏组件不挑屋顶,可将最大量的光伏组件铺设量安排上。根据测算,光伏装机容量平均可多装 30% 以上。

光伏发电的主要收益来源于系统发电量,随着装机容量增多,电量多发也非常富有成效。据南方一座别墅的实测数据显示,使用优化器,每年能够多发7740度电。

更重要的是,在多装组件的基础之上,能够降低项目前期开发、勘察成本,同时摊薄施工和设备材料费用,最终降低单瓦建设成本,使得“多装价值”充分发挥。

运维价值

在金庸小说中可以看到,武功的价值可以随着使用者的不同显示出多样化的价值,张三丰用来修身养性的太极功夫,传授给张无忌之后,在其强大内力加持之下,太极功夫也具有凌厉浑厚的攻击价值。华为优化器通过对每一块组件的精心管理,已经能够将其组件和屋顶资源的禀赋发挥几乎穷尽,但其价值还不止于此,除了多发价值和多装价值,还具备运维价值和安全价值。

相较于地面电站,分布式电站的体量小、布局散、数量多、人员少等特点明显,尤其是分布在屋顶、农业大棚、鱼塘等不太容易进行维护的设施建筑上,这些都给后期的运维管理带来了不少困难。

如何才能使分布式电站运维管理更专业、更高效、更安全、更透明?华为优化器的功能就能解决!

配置优化器的光伏系统从传统的组串级监控升级为组件级管理。通过华为优化器,可实时监控每块组件的运行数据,通过显示界面直观显示组件物理位置,优化器输入电压电流,输出功率,运行状态等信息,这些数据信息可通过网管、APP等方式访问电站来查看,支持查看实时数据和历史数据。

在优越的数据监控基础上,华为优化器具备超级优秀的故障诊断技术。电站视图中组件的排布与实际环境呼应,准确地体现设备真实环境中安装位置信息。因为设备数据实时上传,状态实时反馈,就能够帮助用户精准定位问题点以及故障设备物理位置,实现精准管理。

以10kW系统为例,若某块组件发生故障,传统方案通常需要3个小时来定位故障组件。华为优化器方案可在电站视图中看到故障组件运行状态指示为红,0秒精确识别故障组件物理位置,免上站排查时间。

光伏系统中,一旦优化器之间或优化器和逆变器之间存在接线断开,都可以通过网管或APP的监控界面准确显示断开位置,减少故障排查时间。这也促使电站的运维效率大幅提升。

除此之外,华为优化器还可以帮助减少上站时间以及频次。传统光伏电站巡检在一季度内需要2-3次,而运用优化器方案,一季度只需巡检1次,这也有效降低了电站运维成本。实测数据显示,远程监控可减少进场运维次数,降低项目后期运维成本 15-25%。

安全价值

光伏组件的安全性已经受到全世界的关注,澳大利亚清洁能源监管机构(Clean Energy Regulator,CER)公布的统计报告中将光伏组件视为一个“严重的国家安全问题”。

光伏存在安全的隐患除了安装、铺设标准执行不到位等人为因素,与其技术原理也有一定关系。光伏组件在光照下产生的是直流电,即使在未接通电路情况下依然存在电压,对人员安全构成严重风险。

无论从前期的建设,到后期的运维,甚至事故发生期间的救险,直流高压始终是光伏应用的重要安全隐患之一,一旦发生火灾,消防员不能采用常规灭火方式,无法及时抢救,威胁财产安全。

在屋顶光伏项目中,直流侧光伏板电压通常可达到600V至1000V,给施工运维人员及业主带来潜在风险。当出现紧急状况时,如火灾等事故,由于光伏阵列携带高压,救援人员无法到屋顶进行救灾。此外,由于屋顶高压带电,因此无法通过普通方式用水进行灭火,极大增加了救援难度,只能等待光伏板烧毁后再进行灭火,影响救援过程,造成了更多人身财产损失。

这个时候华为优化器一出手就能够解决大问题!

华为优化器具备组件级快速关断功能。当出现紧急状况时,可采用电网断电、操作急停开关,或手动断开直流开关来启动快速关断功能,通过优化器快速将组串电压降低到安全电压以内,从而避免安全事故。

光伏发电是新能源电力的重要来源之一,华为站在科学和产业的交叉点上,为光伏发电技术提供了更多更优质的方案,其优化器作为尽职尽责的“金牌私教”不仅能够帮助不同资源禀赋的组件、电站实现多装多发,也能够通过简化运维、精准诊断、快速关断等价值实现,让电站发电更加顺滑有力,每一块组件、每一处电站获得更高发电成就。

 
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