Con el rápido desarrollo de la industria fotovoltaica, las estaciones de energía fotovoltaica construida temprana generalmente tienen una baja eficiencia de generación de energía debido a las limitaciones tecnológicas y el envejecimiento de los equipos. Según las estadísticas, la escala de las centrales eléctricas que se pusieron en funcionamiento y operaron durante más de 10 años antes de 2014 ha alcanzado los 19.5GW. La eficiencia del componente de estas centrales eléctricas es generalmente inferior al 17%, lo que afecta seriamente la eficiencia de la generación de energía y los beneficios económicos.
Analizaremos en profundidad las soluciones técnicas específicas para mejorar la eficiencia de las antiguas plantas de energía fotovoltaica a partir de tres dimensiones: renovación de hardware, optimización del sistema y operación inteligente y mantenimiento. Proporcionaremos comparaciones de parámetros detalladas y tablas de análisis de beneficios para proporcionar pautas prácticas de renovación técnica para los propietarios de plantas de energía.
Situación actual y diagnóstico de problemas de las antiguas plantas de energía fotovoltaica
Las estaciones de energía fotovoltaica construida temprana generalmente enfrentaban problemas de baja eficiencia de generación de energía y altos costos de operación y mantenimiento. Según los datos de la industria, la eficiencia de los módulos de la planta de energía fotovoltaica puesta en funcionamiento antes de 2014 es principalmente inferior al 17%, mucho más baja que el nivel de eficiencia del módulo convencional actual del 22-25%. Estas centrales eléctricas tienen principalmente los siguientes problemas:
Problema de envejecimiento del equipo
Especialmente prominente. El poder de los módulos de silicio policristalinos utilizados en las primeras centrales eléctricas fue generalmente entre 220-250 W, mientras que el poder de los módulos modernos ha alcanzado 550-720 W, con una diferencia significativa. La atenuación de los componentes también es bastante severa. Según los estándares de la industria, la tasa de atenuación de los componentes de silicio policristalino durante su vida útil de 25 años no debe ser inferior al 20%.
Sin embargo, en la operación real, debido a la tecnología de material inmaduro en la etapa temprana y algunos fabricantes que reducen los estándares de calidad para controlar los costos durante el doble período inverso, muchos componentes de las centrales eléctricas han experimentado puntos calientes inesperados, grietas ocultas y envejecimiento de los cuadros. En términos de inversores, los inversores centralizados tempranos usaron principalmente 500kW y solo estaban equipados con MPPT único. El rango de voltaje de seguimiento era estrecho y no podía cumplir con los requisitos técnicos de los componentes modernos.
Defectos de diseño del sistema
Restringir la eficiencia de la generación de energía. Las plantas de energía fotovoltaica temprana generalmente se diseñaron con una relación de capacidad 1: 1, mientras que las centrales de energía modernas generalmente adoptan un diseño de relación de capacidad 1: 1.1 o incluso más alta. En términos de diseño de componentes, las plantas de energía antiguas a menudo carecen de análisis de sombras científicas y cálculo de espaciado, lo que resulta en pérdidas graves de oclusión entre las matrices. La selección de cable también es relativamente conservadora, y la pérdida de línea es generalmente alta, con algunas centrales eléctricas que alcanzan más del 3%, superando con creces el estándar ideal de la industria del 1%.
Gestión de operación y mantenimiento anticuadas
Este es otro punto de dolor importante. La mayoría de las centrales eléctricas antiguas todavía usan modos de inspección manual y mantenimiento pasivo, carecen de sistemas de monitoreo inteligente, no pueden comprender el estado de operación en tiempo real del equipo, tener una velocidad de respuesta de falla lenta y un tiempo medio largo para reparar (MTTR).
La limpieza y el mantenimiento dependen principalmente del trabajo manual. Para una estación de energía de 20MW, el uso de un modo de limpieza de camiones de agua de alta presión con 4 personas por vehículo tarda aproximadamente 15 días en completar todo el proceso de limpieza, lo cual es ineficiente.
Con respecto a los problemas anteriores, la transformación tecnológica de las antiguas plantas de energía fotovoltaica se ha convertido en una medida clave para mejorar la competitividad general de la industria fotovoltaica. A través de la evaluación científica y la renovación específica, la generación de energía no solo puede aumentar significativamente, sino que la vida útil de la central eléctrica también se puede extender, y el retorno de la inversión puede mejorarse.
A continuación, las soluciones técnicas específicas se discutirán en detalle a partir de tres dimensiones: transformación de hardware, optimización del sistema y operación y mantenimiento inteligentes.
Plan de transformación de hardware y optimización de parámetros
La renovación de hardware es la forma más directa y efectiva de mejorar la eficiencia de generación de energía de las antiguas plantas de energía fotovoltaica, principalmente que incluye actualizaciones de componentes, reemplazos de inversores, ajustes de soporte e instalaciones de almacenamiento de energía. Al actualizar y reemplazar el equipo central, la capacidad de generación de energía y la estabilidad operativa del sistema pueden mejorarse significativamente.
Estrategia de actualización de componentes y parámetros de selección
Los componentes son el "corazón" de las plantas de energía fotovoltaica, y su rendimiento afecta directamente la eficiencia general de generación de energía de la planta de energía. Para las centrales eléctricas más antiguas que han estado en funcionamiento durante más de 10 años, las actualizaciones de componentes pueden traer resultados inmediatos. Actualmente hay dos soluciones de actualización de componentes convencionales en el mercado:
Plan de reemplazo completo
Adecuado para centrales eléctricas con envejecimiento de componentes severos (tasa de atenuación superior a 2 0%) o grandes áreas de grietas ocultas y puntos calientes. Se recomienda usar componentes TopCon o HJT de tipo N para nuevos componentes, con parámetros típicos que incluyen potencia de 570-720 WP, eficiencia de conversión de 22. 4-25%, coeficiente de temperatura de -0. 29%\/ grado, y tasa de atenuación anual de solo 0. {{{8}. 45%.
En comparación con los componentes policristalinos tempranos (con una tasa anual de descomposición de {{0}}. 8-1%), puede generar 15-20% más electricidad dentro de un ciclo de vida de 25 años. Sin embargo, el costo de reemplazo total es relativamente alto, aproximadamente 0. 7-0. 9 yuan\/W, y es necesario considerar exhaustivamente la capacidad de carga del soporte original y la compatibilidad del sistema eléctrico.
Plan de suplemento de capacidad incremental
Adecuado para centrales eléctricas con componentes en buenas condiciones pero capacidad insuficiente. El enfoque común para aumentar la capacidad del sistema sin aumentar el uso de la tierra es aumentar la relación original de capacidad 1: 1 a 1: 1. 1-1. 2. Al complementar la capacidad, se debe prestar atención a la compatibilidad de componentes nuevos y antiguos. Se recomienda elegir componentes con parámetros de voltaje similares (VMP, VOC) para evitar el "efecto de barril".
Por ejemplo, la estación de alimentación original utilizó componentes con un VOC de 38V, y los componentes recién agregados deben controlarse dentro del rango de VOC de 36-40 V para garantizar parámetros de cadena consistentes dentro del mismo circuito MPPT. El diseño del componente se puede instalar verticalmente, lo que resulta en menos pérdida de potencia en comparación con el diseño horizontal cuando está sombreado (la mitad del componente aún puede mantener una potencia de potencia del 50% al bloquear una fila de baterías).
Actualización del inversor y optimización MPPT
El inversor es el "cerebro" del sistema fotovoltaico, y su eficiencia de conversión y su rendimiento de MPPT afectan directamente a la generación de energía. Las primeras centrales eléctricas a menudo utilizan inversores centralizados, que generalmente tenían problemas, como un pequeño número de MPPT (solo un canal por unidad), un rango de voltaje estrecho (como 450-820 V) y un alto voltaje de inicio (como 200V), lo que resulta en pérdidas de generación de potencia severas en los períodos de la mañana y la tarde. Los inversores de cadena modernos generalmente están equipados con 3-6 MPPTS, con un amplio rango de voltaje de 200-1000 V y un voltaje de inicio tan bajo como 80V, que puede extender el tiempo de generación de potencia diario efectivo por 1-2} horas.
Al reemplazar el inversor, es importante considerar la siguiente coincidencia de parámetros:
Rango de voltaje MPPT:Debe cubrir el voltaje de funcionamiento de componentes a temperaturas extremas. Tomando una serie de componentes 20 540 W (VMP =41. 65v) Como ejemplo, el voltaje de una sola cadena puede alcanzar 920V (VOC =49. 5V, Coeficiente de temperatura -0. 27%) en -15 grado, por lo que el voltaje de entrada máxima del inverter es mayor.
Adaptabilidad de la relación de capacidad:La relación de capacidad del sistema modificado generalmente aumenta a 1. 1-1. 2, y el inversor debe tener una capacidad de sobrecarga de CC de 1.3 veces o más para evitar pérdidas de límite de potencia.
Compensación de potencia reactiva nocturna:La estación de energía participa en la regulación de voltaje de la cuadrícula, y el nuevo inversor debe admitir el modo SVG nocturno con un rango de ajuste de factor de potencia de ± 0. 9.
Para las centrales eléctricas con terreno complejo, se pueden usar inversores de cuerdas para reemplazar las soluciones centralizadas. Tomando una estación de alimentación de 50MW como ejemplo, reemplazando 10 500 inversores centralizados KW con 150 110 inversores de cadena KW, aunque la inversión inicial aumenta en aproximadamente un 5%, la pérdida de desajuste de cadenas causada por las diferencias de terreno puede reducir del 5%a menos del 1%, y la generación de energía anual se puede aumentar en {{6}%%.
Ajuste de soporte y renovación del sistema de limpieza
La optimización del soporte es una solución rentable para mejorar la eficiencia de la generación de energía. El ángulo de inclinación de los soportes de la estación de energía temprana se fijó principalmente y no consideró completamente la latitud local (el ángulo de inclinación óptimo generalmente es igual a la latitud ± 5 grados). Al ajustar el ángulo de inclinación, la recepción anual de radiación se puede aumentar en 3-8%. En la operación práctica, el software profesional (como PVSYST) debe usarse para la simulación para equilibrar las diferencias de generación de energía entre el verano y el invierno.
Sistema de limpieza automatizado
La instalación puede reducir significativamente los costos de operación y mantenimiento y mejorar la eficiencia de la generación de energía. Los datos comparativos muestran que la diferencia diaria de generación de energía de componentes muy contaminados después de la limpieza puede alcanzar el 16%. La limpieza manual tradicional (4 personas por vehículo) tarda 15 días en completar una planta de energía de 20MW, mientras que el uso de vehículos de limpieza automatizados (1 persona por vehículo) solo lleva 6 días, reduciendo los costos de mano de obra en un 75%. Para las áreas con escasos recursos hídricos, los robots de limpieza sin agua se pueden instalar para limpiar una vez por semana, con un período de recuperación de aproximadamente 2-3 años.
Instalación del sistema de almacenamiento de energía
Una solución efectiva para abordar el problema del racionamiento de potencia. Al configurar el almacenamiento de energía con {{0}}% de capacidad (como 2mWh para una estación de alimentación de 1 0 MW), la electricidad se puede almacenar durante las restricciones de energía y liberarse durante las horas pico, reduciendo la tasa de energía solar desperdiciada. El costo actual de las baterías de fosfato de hierro de litio se ha reducido a 0. 7-0. 9 yuan\/WH, y con la estrategia de dos cargos y dos de descarga, la tasa de rendimiento interna puede aumentar en puntos porcentuales 2-3. El diseño de los sistemas de almacenamiento de energía debe prestar atención a la selección de la tasa de descarga de carga (tasa C). Para aplicaciones con un ciclo promedio diario, a 0. 25-0. Se recomienda la configuración 5c para equilibrar la vida útil y los requisitos de potencia.
Optimización del sistema y soluciones inteligentes de operación y mantenimiento
Sobre la base de completar la transformación del hardware, la optimización del nivel del sistema y la construcción de operación inteligente y sistema de mantenimiento pueden desatar aún más el potencial de generación de energía de las plantas de energía fotovoltaica. Las tareas clave en esta etapa incluyen optimizar la relación de capacidad, la gestión de sombras y la construcción de sistemas de monitoreo inteligente. A través de estas medidas, la eficiencia general del sistema se puede mejorar en 5-15%.
Optimización de la relación de capacidad y formación cuadrada
La optimización de la relación de capacidad (la relación entre la capacidad del módulo fotovoltaico para la capacidad del inversor) es la clave para mejorar la utilización del sistema. Las plantas de energía fotovoltaica temprana comúnmente adoptaron un diseño de relación de capacidad 1: 1, mientras que las plantas de energía modernas se diseñan típicamente en una relación de 1: 1. 1-1. 2. Aumentar la relación de capacidad a capacidad puede permitir que el inversor opere a potencia nominal incluso durante períodos de débil luz solar, aumentando así el número de horas de generación de energía.
Los casos de ingeniería reales muestran que aumentar la relación de capacidad de 1. 0 a 1.1 puede permitir que el inversor alcance la salida de carga completa durante el mejor período de iluminación, reduzca el costo de vatio único del sistema en 5-8%, y aumente la tasa de retorno interna en 1. 5-2} Puntos de porcentaje.
Análisis comparativo económico de los planes de transformación tecnológica
La evaluación económica de la transformación tecnológica de las plantas de energía fotovoltaica es la base central de las decisiones de inversión, lo que requiere una consideración integral del equilibrio entre la mejora del rendimiento tecnológico y los rendimientos financieros. Los planes actuales de renovación de la planta de energía fotovoltaica de la planta de energía principales se dividen principalmente en tres categorías, cada una con diferencias significativas en la escala de inversión, el efecto de mejora de la generación de energía y el período de recuperación de la inversión, y son adecuados para proyectos de plantas de energía con diferentes condiciones y necesidades.
Minimizar el plan de renovación
Como la ruta de transformación tecnológica más fundamental, incluye principalmente un trabajo básico como la limpieza de componentes regulares, el manejo de la vegetación del sitio, el mantenimiento del inversor e inspección de la conexión de cable. El costo de inversión unitario de este tipo de esquema es el más bajo, generalmente entre 0. 1-0. 2 yuan\/W, pero el aumento en la generación de energía es relativamente limitado, aproximadamente 3-8%. Debido a su pequeña escala de inversión y resultados inmediatos, el período de recuperación de la inversión generalmente está dentro de 1 año, y en algunos casos, el costo incluso se puede recuperar dentro de 6-8 meses.
El plan de renovación de minimización es particularmente adecuado para centrales eléctricas con condiciones de funcionamiento relativamente buenas y períodos de operación restantes cortos (como menos de 5 años), o como medida de transición antes de la implementación de otros planes de renovación. En aplicaciones prácticas, el efecto de la limpieza de componentes es particularmente significativo. Dependiendo del entorno, la limpieza regular puede mejorar la eficiencia de la generación de energía en 5-15%, mientras que el costo de inversión es solo 0. 02-0. 05 yuan\/w\/tiempo. Vale la pena señalar que minimizar la renovación puede no mejorar significativamente el rendimiento general de la estación de energía, pero juega un papel importante en el mantenimiento del nivel de generación de energía diseñado y evita la disminución de la eficiencia rápida.
Plan de renovación de escala media
Esto representa una opción con una mejor viabilidad técnica y económica, generalmente que incluye el reemplazo de componentes parciales (como reemplazar {{0}}% componentes severamente envejecidos), actualización del inversor de cadenas, instalación del sistema de monitoreo de datos, ajuste de paréntesis y optimización de la relación de capacidad y otras medidas técnicas. La inversión de la unidad para este tipo de esquema es de aproximadamente 0. 5-0. 8 yuan\/W, que puede generar un aumento 15-25}% en la generación de energía, y el período de recuperación de la inversión es generalmente 3-5 años. La renovación de la escala media es particularmente adecuada para proyectos de centrales eléctricas con estado de componentes desequilibrados, tecnología de inversores rezagándose significativamente detrás de los estándares actuales (como los inversores centralizados tempranos con eficiencia por debajo del 96%) o los sistemas de monitoreo faltantes.
Desde una perspectiva técnica y económica, las actualizaciones de los inversores suelen ser el proyecto más rentable en este esquema. Los inversores de cadena modernos no solo tienen una eficiencia de más del 98.5%, sino que también pueden lograr el monitoreo del nivel de cadena, mejorando efectivamente la disponibilidad del sistema mediante puntos porcentuales 2-3. Para el reemplazo de algunos componentes, se puede adoptar una estrategia "a la carta", priorizando el reemplazo de componentes con una atenuación severa (como la atenuación de energía que excede el 20%) o los puntos calientes obvios, para obtener los máximos beneficios de generación de energía con una inversión mínima. La renovación de la escala media ha logrado un buen equilibrio entre la escala de inversión y la mejora del rendimiento, por lo que es una opción ideal para la mayoría de las centrales eléctricas que han estado en funcionamiento durante 5-10 años.
Plan de actualización integral
It is the most thorough technological transformation method among the three paths, including replacing all components with high-efficiency models (such as upgrading from polycrystalline silicon to monocrystalline PERC or TOPCon), redesigning the support system, updating all inverters, optimizing the capacity ratio to 1.3-1.5 times, installing energy storage systems, and constructing intelligent operation and maintenance platforms, and other medidas integrales. La escala de inversión de tales esquemas es relativamente grande, aproximadamente 1. 2-1. 8 yuan\/W sin almacenamiento de energía, y aumenta a 2. 0-2. 5 yuan\/w con sistemas de almacenamiento de energía (como 15% -20% de baterías de litio), pero correspondientemente puede generar aproximadamente A {{12}% de aumento en la generación de energía. El período de recuperación de la inversión para una actualización integral es relativamente largo, generalmente 5-7 años, que es adecuado para centrales eléctricas de alta calidad con recursos de tierras escasos, altos en los precios de la electricidad de la red o restricciones de energía severas, especialmente aquellas ubicadas en áreas de recursos de luz de clase I con más de 10 años de operación.
Una ventaja significativa de una actualización integral es la capacidad de utilizar completamente los últimos logros tecnológicos, como componentes de doble cara, corchetes de seguimiento, operación inteligente y mantenimiento, que no solo aumenta la generación de energía, sino que también reduce significativamente los costos de operación y mantenimiento (reduciendo las necesidades de inspección manual en 30-50}%). Además, aunque la instalación de sistemas de almacenamiento de energía aumenta la inversión inicial, puede crear ingresos adicionales a través de modelos de valor agregado como el arbitraje de Peak Valley y los servicios auxiliares. En algunas regiones de comercio de electricidad orientadas al mercado, el almacenamiento de energía puede aumentar la TIR general del proyecto en puntos porcentuales 2-3.