אסטרטגיה להגדלת ייצור החשמל של תחנות כוח פוטו -וולטאיות ישנות

עם התפתחות מהירה של התעשייה הפוטו -וולטאית, בדרך כלל יש תחנות כוח פוטו -וולטאיות מוקדמות בעלות יעילות של ייצור חשמל נמוך כתוצאה ממגבלות טכנולוגיות והזדקנות ציוד. על פי הסטטיסטיקה, היקף תחנות הכוח שהופעלו לפעולה ופועל יותר מעשר שנים לפני 2014 הגיע ל -19.5 ג'יגה -וואט. יעילות הרכיב של תחנות כוח אלה היא בדרך כלל פחות מ- 17%, מה שמשפיע ברצינות על יעילות ייצור הכוח והיתרונות הכלכליים.

אנו ננתח לעומק את הפתרונות הטכניים הספציפיים לשיפור היעילות של תחנות כוח פוטו -וולטאיות ישנות משלושה ממדים: שיפוץ חומרה, אופטימיזציה של מערכת ותפעול ותחזוקה חכמה. אנו נספק השוואות פרמטרים מפורטות וטבלאות ניתוח תועלת כדי לספק הנחיות שיפוץ טכניות מעשיות לבעלי תחנות כוח.

המצב הנוכחי ואבחון בעיות של תחנות כוח פוטו -וולטאיות ישנות

תחנות כוח פוטו -וולטאיות מובנות מוקדמות התמודדו בדרך כלל עם בעיות ביעילות לייצור הספק נמוך ועלויות תפעול ותחזוקה גבוהות. על פי נתוני התעשייה, היעילות של מודולי תחנות כוח פוטו -וולטאיות המופעלות לפני 2014 היא ברובם פחות מ- 17%, נמוכה בהרבה מרמת היעילות של מודול המיינסטרים הנוכחי של 22-25%. לתחנות כוח אלה יש בעיקר את הבעיות הבאות:

נושא הזדקנות ציוד

בולט במיוחד. כוחם של מודולי סיליקון פוליקריסטליים ששימשו בתחנות כוח מוקדמות היה בדרך כלל בין 220-250 w, בעוד שכוחם של המודולים המודרניים הגיע ל- 550-720 W, עם הבדל משמעותי. גם ההנחתה של רכיבים חמורה למדי. על פי תקני התעשייה, שיעור ההנחתה של רכיבי סיליקון פוליק -קריסטליים במהלך תוחלת החיים שלהם 25 שנה לא צריך להיות פחות מ 20%.

עם זאת, בפעולה בפועל, בשל טכנולוגיית החומרים הלא בשלה בשלב המוקדם וכמה יצרנים המורידים את הסטנדרטים האיכותיים לשליטה על עלויות במהלך התקופה ההפוכה הכפולה, רכיבים רבים של תחנות כוח חוו נקודות חמות לא צפויות, סדקים נסתרים והזדקנות של לוחות גב. מבחינת הממירים, ממירים ריכוזיים מוקדמים השתמשו בעיקר ב -500 קילוואט והיו מצוידים רק ב- MPPT יחיד. מגוון מתח המעקב היה צר ולא יכול היה לעמוד בדרישות הטכניות של רכיבים מודרניים.

פגמים בעיצוב מערכות

הגבלת יעילות ייצור החשמל. תחנות כוח פוטו -וולטאיות מוקדמות תוכננו בדרך כלל ביחס קיבולת של 1: 1, ואילו תחנות כוח מודרניות בדרך כלל מאמצות תכנון יחס קיבולת 1: 1.1 או אפילו גבוה יותר. מבחינת פריסת הרכיבים, תחנות כוח ישנות לעיתים קרובות חסרות ניתוח צל מדעי וחישוב מרווח, וכתוצאה מכך הפסדי סתימה חמורים בין מערכים. בחירת הכבלים היא גם שמרנית יחסית, ואובדן הקו בדרך כלל גבוה, כאשר תחנות כוח מסוימות מגיעות ליותר מ -3%, והרבה עולה על הסטנדרט האידיאלי של התעשייה של 1%.

ניהול תפעול ותחזוקה מיושן

זו עוד נקודת כאב מרכזית. מרבית תחנות הכוח הישנות עדיין משתמשות במצבי בדיקה ידנית ובמצבי תחזוקה פסיביים, חסרות מערכות פיקוח חכמות, אינן יכולות לתפוס את מצב הפעולה בזמן אמת של ציוד, יש מהירות תגובת תקלות איטית, וזמן ממוצע ארוך לתיקון (MTTR).

ניקוי ותחזוקה מסתמכים בעיקר על עבודת כפיים. עבור תחנת חשמל של 20 מגוואט, באמצעות מצב ניקוי משאיות מים בלחץ גבוה עם 4 אנשים לרכב לוקח כ -15 יום להשלים את כל תהליך הניקוי, שאינו יעיל.

לגבי הנושאים לעיל, טרנספורמציה טכנולוגית של תחנות כוח פוטו -וולטאיות ישנות הפכה לאמצעי מרכזי לשיפור התחרותיות הכוללת של התעשייה הפוטו -וולטאית. באמצעות הערכה מדעית ושיפוץ ממוקד, לא רק שניתן יהיה להגדיל את ייצור הכוח באופן משמעותי, אלא שניתן להרחיב גם את אורך החיים של תחנת הכוח, וניתן לשפר את ההחזר על ההשקעה.

להלן, פתרונות טכניים ספציפיים יידונו בפירוט משלושה ממדים: טרנספורמציה של חומרה, אופטימיזציה של מערכת ותפעול ותחזוקה חכמה.

תוכנית טרנספורמציה של חומרה ואופטימיזציה של פרמטרים

שיפוץ חומרה הוא הדרך הישירה והיעילה ביותר לשיפור היעילות של ייצור החשמל של תחנות כוח פוטו -וולטאיות ישנות, בעיקר כולל עדכוני רכיבים, החלפות מהפך, התאמות סוגריים ומתקני אחסון אנרגיה. על ידי שדרוג והחלפת ציוד ליבה, ניתן לשפר משמעותית את יכולת ייצור החשמל של המערכת ויציבות התפעולית.

פרמטרים של אסטרטגיית עדכון רכיבים ופרמטרים

רכיבים הם "הלב" של תחנות כוח פוטו -וולטאיות, וביצועיהם משפיעים ישירות על היעילות הכוללת של ייצור הכוח של תחנת הכוח. עבור תחנות כוח ישנות הפועלות למעלה מעשר שנים, שדרוגי רכיבים יכולים להביא לתוצאות מיידיות. ישנם כיום שני פתרונות עדכונים של רכיבי מיינסטרים בשוק:

תוכנית החלפה מלאה

מתאים לתחנות כוח עם הזדקנות רכיבים קשה (שיעור הנחתה העולה על 2 0%) או אזורים גדולים של סדקים נסתרים ונקודות חמות. מומלץ להשתמש ברכיבי TOPCON או HJT מסוג N- לרכיבים חדשים, עם פרמטרים טיפוסיים הכוללים כוח של 570-720 WP, יעילות המרה של 22. 4-25%, מקדם טמפרטורה של {{5}.

בהשוואה לרכיבים פוליקריסטליים מוקדמים (עם קצב דעיכה שנתי של {{0}}. 8-1%), זה יכול לייצר 15-20% יותר חשמל בתוך מחזור חיים של 25 שנה. עם זאת, עלות ההחלפה הכוללת גבוהה יחסית, בערך 0. 7-0. 9 Yuan\/W, וצריך לקחת בחשבון באופן מקיף את יכולת הנושא העומס של הסוגר המקורי ואת התאימות של מערכת החשמל.

תוכנית תוסף קיבולת מצטברת

מתאים לתחנות כוח עם רכיבים במצב טוב אך לא מספיק יכולת. הגישה הנפוצה להגדלת יכולת המערכת מבלי להגדיל את השימוש בקרקע היא להגדיל את יחס הקיבולת המקורי 1: 1 ל -1: 1. 1-1. 2. בעת השלמת יכולת, יש לשים לב לתאימות של רכיבים חדשים וישנים. מומלץ לבחור רכיבים עם פרמטרי מתח דומים (VMP, VOC) כדי להימנע מ"אפקט החבית ".

לדוגמה, תחנת הכוח המקורית השתמשה ברכיבים עם VOC של 38V, ויש לשלוט על הרכיבים החדשים שנוספו בטווח ה- VOC של 36-40 V כדי להבטיח פרמטרים של מחרוזת עקבית בתוך אותו מעגל MPPT. ניתן להתקין את פריסת הרכיב אנכית, מה שמביא לאובדן חשמל פחות בהשוואה לפריסה אופקית כאשר הוא מוצל (מחצית הרכיב עדיין יכול לשמור על תפוקת חשמל של 50% בעת חסימת שורת סוללות).

שדרוג מהפך ואופטימיזציה של MPPT

המהפך הוא "המוח" של המערכת הפוטו -וולטאית, ויעילות ההמרה שלו וביצועי ה- MPPT משפיעים ישירות על ייצור הכוח. תחנות כוח מוקדמות השתמשו לעתים קרובות בממירים ריכוזיים, שבדרך כלל היו בעיות כמו מספר קטן של MPPTs (רק ערוץ אחד ליחידה), טווח מתח צר (כגון 450-820 V), ומתח התחלה גבוה (כמו 200 וולט), וכתוצאה מכך הפסדים חמורים לייצור חשמל בפרקי הבוקר והערב. ממירי מיתרים מודרניים מצוידים בדרך כלל ב- 3-6 MPPTs, עם טווח מתח רחב של 200-1000 V ומתח התחלה נמוך עד 80V, שיכול להאריך את זמן ייצור החשמל היומי היעיל על ידי 1-2 שעות.

בעת החלפת המהפך, חשוב לקחת בחשבון את התאמת הפרמטרים הבאה:

טווח מתח MPPT:זה אמור לכסות את מתח ההפעלה של רכיבים בטמפרטורות קיצוניות. לקיחת סדרה של רכיבי 20 540 W (VMP =41. 65V) כדוגמה, מתח המיתרים היחיד יכול להגיע ל 920V (VOC {}}}. 5V, מקדם טמפרטורה {}}. 1000 וולט.

יכולת ההסתגלות של יחס הקיבולת:יחס הקיבולת של המערכת שהשתנה בדרך כלל מוגדל ל -1. 1-1. 2, והמהפך צריך להיות בעל יכולת עומס יתר של DC של פי 1.3 ומעלה כדי למנוע הפסדי הגבלת כוח.

פיצוי כוח תגובתי בלילה:תחנת הכוח משתתפת בוויסות מתח רשת, והמהפך החדש צריך לתמוך במצב SVG לילה עם טווח התאמת גורם כוח של ± 0. 9.

עבור תחנות כוח עם שטח מורכב, ניתן להשתמש בממירי מיתרים להחלפת פתרונות ריכוזיים. לקיחת תחנת כוח של 50 מגה -וואט כדוגמה, החלפת ממירים ריכוזיים של 10 500 kW עם ממירי מיתרים 150 110 kW, אם כי ההשקעה הראשונית עולה בכ -5%, ניתן להפחית את אובדן ההתאמה של המחרוזת הנגרמת על ידי הבדלי שטח מ- 5%.

שיפוץ התאמת ומערכת ניקוי של סוגר

אופטימיזציה של סוגריים היא פיתרון חסכוני לשיפור יעילות ייצור החשמל. זווית הנטייה של תומכי תחנת הכוח המוקדמת הייתה קבועה לרוב ולא התייחסה במלוא הרוחב המקומי (זווית הנטייה האופטימלית בדרך כלל שווה לרוחב ± 5 מעלות). על ידי התאמת זווית ההטיה, ניתן להגדיל את קבלת הקרינה השנתית על ידי 3-8%. בהפעלה מעשית, תוכנה מקצועית (כגון PVSYST) צריכה לשמש להדמיה כדי לאזן בין ההבדלים בייצור הכוח בין קיץ לחורף.

מערכת ניקוי אוטומטית

התקנה יכולה להפחית משמעותית את עלויות התפעול והתחזוקה ולשפר את היעילות לייצור החשמל. נתונים השוואתיים מראים כי ההבדל בייצור הכוח היומי של רכיבים מזוהמים מאוד לאחר הניקוי יכול להגיע ל -16%. ניקוי ידני מסורתי (4 אנשים לרכב) לוקח 15 יום להשלים תחנת כוח של 20 מגוואט, תוך שימוש ברכבי ניקוי אוטומטיים (אדם אחד לרכב) לוקח 6 ימים בלבד, מה שמפחית את עלויות העבודה ב- 75%. עבור אזורים עם משאבי מים נדירים, ניתן להתקין רובוטים לניקוי ללא מים לניקוי פעם בשבוע, עם תקופת החזר של בערך 2-3 שנים.

התקנת מערכת אחסון אנרגיה

פיתרון יעיל לטיפול בסוגיית מנות הכוח. על ידי קביעת תצורה של אחסון אנרגיה עם {{0}}% קיבולת% (כגון 2MWH לתחנת כוח 1 0 MW), ניתן לאחסן חשמל במהלך הגבלות כוח ולשתחרר בשעות השיא, תוך הפחתת קצב האנרגיה השמשית המבזבזת. העלות הנוכחית של סוללות ליתיום ברזל פוספט הצטמצמה ל -0. 7-0. 9 Yuan\/WH, ועם שתי הטעינה ושתי אסטרטגיית הפריקה, ניתן להגדיל את שיעור התשואה הפנימי על ידי 2-3 נקודות אחוז. תכנון מערכות אחסון אנרגיה אמור לשים לב לבחירת קצב פריקת החיוב (C-TRAP). עבור יישומים עם מחזור ממוצע יומי, 0. 25-0. מומלץ לתצורת 5C לאזן תוחלת חיים ודרישות כוח.

אופטימיזציה של מערכות ופתרונות תפעול ותחזוקה חכמים

על בסיס השלמת טרנספורמציה של חומרה, אופטימיזציה ברמת המערכת ובניית מערכת תפעול ותחזוקה חכמה יכולים לשחרר עוד יותר את פוטנציאל ייצור החשמל של תחנות כוח פוטו -וולטאיות. משימות המפתח בשלב זה כוללות אופטימיזציה של יחס הקיבולת, ניהול הצללים ובניית מערכות ניטור חכמות. באמצעות מדדים אלה ניתן לשפר את היעילות הכוללת של המערכת על ידי 5-15%.

אופטימיזציה של יחס קיבולת ויצירת ריבוע

אופטימיזציה של יחס הקיבולת (היחס בין יכולת המודול הפוטו -וולטאי לקיבולת המהפך) הוא המפתח לשיפור השימוש במערכת. תחנות כוח פוטו -וולטאיות מוקדמות אימצו בדרך כלל תכנון יחס קיבולת 1: 1, ואילו תחנות כוח מודרניות מעוצבות בדרך כלל ביחס של 1: 1. 1-1. 2. הגדלת יחס הקיבולת לקיבולת יכולה לאפשר למהפך לפעול בכוח המדורג גם בתקופות של אור שמש חלש, ובכך להגדיל את מספר שעות ייצור החשמל.

מקרים הנדסיים בפועל מראים כי הגדלת יחס הקיבולת מ -1. 0 ל 1.1 יכולה לאפשר למהפך להשיג פלט עומס מלא במהלך תקופת התאורה הטובה ביותר, להפחית את עלות הוואט הבודדת של המערכת על ידי 5-8%ולהגדיל את קצב התשואה הפנימי ב -1. {}}} נקודות אחוז.

ניתוח השוואתי כלכלי של תוכניות טרנספורמציה טכנולוגיות

ההערכה הכלכלית של טרנספורמציה טכנולוגית של תחנות כוח פוטו -וולטאיות היא בסיס הליבה להחלטות השקעה, הדורש שיקול מקיף של האיזון בין שיפור הביצועים הטכנולוגי לתשואות פיננסיות. תוכניות השיפוץ הנוכחיות של תחנות הכוח הפוטו -וולטאיות הנוכחיות מחולקות בעיקר לשלוש קטגוריות, שלכל אחת מהן הבדלים משמעותיים בהיקף ההשקעות, השפעת שיפור ייצור החשמל ותקופת החזר השקעות, ומתאימים לפרויקטים של תחנות כוח עם תנאים וצרכים שונים.

למזער את תוכנית השיפוץ

כנתיב הטרנספורמציה הטכנולוגי הבסיסי ביותר, הוא כולל בעיקר עבודה בסיסית כמו ניקוי רכיבים רגיל, ניהול צמחיית אתרים, תחזוקת מהפך ובדיקת חיבור כבלים. עלות ההשקעה של היחידה של סוג זה של תוכנית היא הנמוכה ביותר, בדרך כלל בין 0. 1-0. בשל סולם ההשקעות הקטן שלה והתוצאות המיידיות שלה, תקופת החזר ההשקעה היא בדרך כלל תוך שנה, ובמקרים מסוימים ניתן אפילו לשחזר את העלות תוך 6-8 חודשים.

תוכנית שיפוץ המזעור מתאימה במיוחד לתחנות כוח עם תנאי הפעלה טובים יחסית ותקופות הפעלה קצרות שנותרו (כמו פחות מחמש שנים), או כאמצעי מעבר לפני יישום תוכניות שיפוץ אחרות. ביישומים מעשיים, ההשפעה של ניקוי רכיבים משמעותית במיוחד. בהתאם לסביבה, ניקוי רגיל יכול לשפר את היעילות לייצור החשמל על ידי 5-15%, בעוד שעלות ההשקעה היא רק 0. 02-0. 05 יואן\/W\/זמן. ראוי לציין כי צמצום השיפוץ עשוי לא לשפר באופן משמעותי את הביצועים הכוללים של תחנת הכוח, אך הוא ממלא תפקיד חשוב בשמירה על רמת ייצור החשמל המתוכנן ומניעת ירידה ביעילות מהירה.

תוכנית שיפוץ בקנה מידה בינוני

זה מייצג בחירה עם היתכנות טכנית וכלכלית טובה יותר, לרוב כולל החלפת רכיבים חלקית (כגון החלפת {{0}}% רכיבים בגילאים קשים), שדרוג מהפך מחרוזות, התקנת מערכת ניטור נתונים, התאמת סוגר ואופטימיזציה של חיטוי קיבולת ומדדים טכניים אחרים. ההשקעה של היחידה עבור סוג זה של תוכנית היא בערך 0. 5-0. 8 Yuan\/W, שיכול להביא עלייה 15-25% בייצור הכוח, ותקופת החזר ההחזר ההשקעה היא בדרך כלל 3-5 שנים. שיפוץ בקנה מידה בינוני מתאים במיוחד לפרויקטים של תחנות כוח עם מצב רכיב לא מאוזן, טכנולוגיית המהפך מפגרת משמעותית מאחורי הסטנדרטים הנוכחיים (כגון ממירים מרכזיים מוקדמים עם יעילות מתחת ל 96%) או מערכות ניטור חסרות.

מנקודת מבט טכנית וכלכלית, שדרוגי המהפך הם בדרך כלל הפרויקט הרווחי ביותר בתכנית זו. לממירי מיתרים מודרניים לא רק יעילות של מעל 98.5%, אלא גם יכולים להשיג ניטור ברמת המיתרים, ולשפר באופן יעיל את זמינות המערכת על ידי 2-3 נקודות אחוז. לצורך החלפת רכיבים מסוימים ניתן לאמץ אסטרטגיה "à la carte", תוך סדר עדיפות להחלפת רכיבים בהפחתת קשה (כגון הנחתת כוח העולה על 20%) או נקודות חמות ברורות, על מנת להשיג יתרונות ייצור מרביים עם השקעה מינימלית. שיפוץ בקנה מידה בינוני השיג איזון טוב בין סולם ההשקעות לשיפור ביצועים, מה שהפך אותו לבחירה אידיאלית עבור מרבית תחנות הכוח שהופעלו במשך שנים.

תוכנית שדרוג מקיפה

זוהי שיטת הטרנספורמציה הטכנולוגית היסודית ביותר בין שלושת הנתיבים, כולל החלפת כל הרכיבים במודלים יעילות גבוהה (כמו שדרוג מסיליקון פוליקריסטלי ועד PERC מונוקריסטלי או טופקון), העיצוב מחדש של מערכת התמיכה, מעדכן את כל הממירים, ומיטב יחסי הקיבולת ל -1. {{{}}. אמצעים מקיפים. סולם ההשקעות של תוכניות כאלה גדול יחסית, בערך 1. 2-1. 8 יואן\/W ללא אחסון אנרגיה, ועולה ל -2. 0-2. 5 יואן\/W עם מערכות אחסון אנרגיה (כגון 15% {{11}% סוללות ליתיום), אך בהתאם להביא לגידול כוח {12}%. תקופת ההחזר ההשקעה עבור שדרוג מקיף ארוכה יחסית, בדרך כלל 5-7 שנים, המתאימה לתחנות כוח באיכות גבוהה עם משאבי קרקע נדירים, גבוה על מחירי חשמל ברשת או מגבלות כוח חמורות, במיוחד אלה שנמצאים באזורי משאבים נורים בדרגה I עם יותר מעשר שנות פעולה.

יתרון משמעותי של שדרוג מקיף הוא היכולת לנצל באופן מלא את ההישגים הטכנולוגיים ביותר, כמו רכיבים דו צדדיים, מעקב אחר סוגריים, פעולה ותחזוקה אינטליגנטית, מה שלא רק מגדיל את ייצור החשמל אלא גם מפחית משמעותית את עלויות התפעול והתחזוקה (הפחתת צרכי הבדיקה הידנית על ידי {}}%). בנוסף, למרות שהתקנת מערכות אחסון אנרגיה מגדילה את ההשקעה הראשונית, היא יכולה ליצור הכנסות נוספות באמצעות דגמים בעלי ערך מוסף כגון ארביטראז 'של Peak Valley ושירותי עזר. באזורי סחר בחשמל מוכווני שוק, אחסון אנרגיה יכול להגדיל את ה- IRR הכולל של הפרויקט על ידי 2-3 נקודות אחוז.