Mit der rasanten Entwicklung der Photovoltaikindustrie weisen früh gebaute Photovoltaik-Kraftwerke aufgrund technologischer Einschränkungen und der Alterung der Geräte in der Regel einen geringen Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung auf. Laut Statistik hat die Zahl der Kraftwerke, die vor 2014 in Betrieb genommen und mehr als 10 Jahre lang betrieben wurden, 19,5 GW erreicht. Der Komponentenwirkungsgrad dieser Kraftwerke liegt in der Regel bei weniger als 17 %, was sich ernsthaft auf die Effizienz der Stromerzeugung und die wirtschaftlichen Vorteile auswirkt.
Wir werden die spezifischen technischen Lösungen zur Verbesserung der Effizienz alter Photovoltaik-Kraftwerke aus drei Dimensionen eingehend analysieren: Hardware-Erneuerung, Systemoptimierung sowie intelligenter Betrieb und Wartung. Wir stellen detaillierte Parametervergleiche und Nutzenanalysetabellen zur Verfügung, um Kraftwerkseigentümern praktische Richtlinien für die technische Sanierung zu geben.
Ist-Situation und Problemdiagnose von alten Photovoltaik-Kraftwerken
Früh gebaute Photovoltaik-Kraftwerke hatten in der Regel Probleme mit einem geringen Wirkungsgrad der Stromerzeugung und hohen Betriebs- und Wartungskosten. Nach Angaben der Industrie liegt der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Kraftwerksmodulen, die vor 2014 in Betrieb genommen wurden, meist unter 17 % und damit weit unter dem aktuellen Mainstream-Modulwirkungsgrad von 22-25 %. Diese Kraftwerke haben im Wesentlichen folgende Probleme:
Problem mit der Alterung der Ausrüstung
Besonders prominent. Die Leistung von polykristallinen Siliziummodulen, die in frühen Kraftwerken verwendet wurden, lag im Allgemeinen zwischen 220-250W, während die Leistung moderner Module 550-720W erreicht hat, mit einem signifikanten Unterschied. Auch die Dämpfung der Komponenten ist recht gravierend. Gemäß den Industriestandards sollte die Dämpfungsrate von polykristallinen Siliziumkomponenten während ihrer Lebensdauer von 25 Jahren nicht weniger als 20 % betragen.
Im tatsächlichen Betrieb kam es jedoch aufgrund der unausgereiften Materialtechnologie in der Anfangsphase und einiger Hersteller, die die Qualitätsstandards senkten, um die Kosten während der Double-Reverse-Periode zu senken, bei vielen Komponenten von Kraftwerken zu unerwarteten Hot Spots, versteckten Rissen und Alterung der Rückwände. Was die Wechselrichter betrifft, so verbrauchten frühe Zentralwechselrichter hauptsächlich 500 kW und waren nur mit einem einzigen MPPT ausgestattet. Der Schaltspannungsbereich war eng und konnte den technischen Anforderungen moderner Komponenten nicht gerecht werden.
Fehler beim Systemdesign
Einschränkung der Effizienz der Stromerzeugung. Frühe Photovoltaik-Kraftwerke wurden in der Regel mit einem Kapazitätsverhältnis von 1:1 ausgelegt, während moderne Kraftwerke in der Regel ein Kapazitätsverhältnis von 1:1,1 oder sogar höher verwenden. In Bezug auf das Komponentenlayout fehlen in alten Kraftwerken oft wissenschaftliche Schattenanalysen und Abstandsberechnungen, was zu starken Okklusionsverlusten zwischen den Arrays führt. Die Kabelauswahl ist ebenfalls relativ konservativ, und die Leitungsverluste sind im Allgemeinen hoch, wobei einige Kraftwerke mehr als 3 % erreichen und damit weit über dem branchenüblichen Idealstandard von 1 % liegen.
Veraltetes Betriebs- und Wartungsmanagement
Dies ist ein weiterer großer Schmerzpunkt. Die meisten alten Kraftwerke verwenden immer noch manuelle Inspektions- und passive Wartungsmodi, es fehlen intelligente Überwachungssysteme, sie können den Betriebsstatus der Geräte nicht in Echtzeit erfassen, haben eine langsame Fehlerreaktionsgeschwindigkeit und eine lange mittlere Reparaturzeit (MTTR).
Reinigung und Wartung sind hauptsächlich auf Handarbeit angewiesen. Bei einem 20-MW-Kraftwerk dauert die Verwendung eines Hochdruck-Wasserwagen-Reinigungsmodus mit 4 Personen pro Fahrzeug etwa 15 Tage, um den gesamten Reinigungsprozess abzuschließen, was ineffizient ist.
In Bezug auf die oben genannten Fragen ist die technologische Transformation alter Photovoltaik-Kraftwerke zu einer Schlüsselmaßnahme geworden, um die Wettbewerbsfähigkeit der Photovoltaikindustrie insgesamt zu verbessern. Durch eine wissenschaftliche Evaluierung und gezielte Sanierung kann nicht nur die Stromerzeugung deutlich gesteigert, sondern auch die Lebensdauer des Kraftwerks verlängert und der Return on Investment verbessert werden.
Im Folgenden werden konkrete technische Lösungen aus drei Dimensionen detailliert diskutiert: Hardware-Transformation, Systemoptimierung sowie intelligenter Betrieb und Wartung.
Hardware-Transformationsplan und Parameteroptimierung
Die Hardware-Renovierung ist der direkteste und effektivste Weg, um die Effizienz der Stromerzeugung alter Photovoltaik-Kraftwerke zu verbessern, hauptsächlich einschließlich Komponenten-Updates, Wechselrichter-Austausch, Halterungsanpassungen und Energiespeicherinstallationen. Durch die Aufrüstung und den Austausch der Kernausrüstung können die Stromerzeugungskapazität und die Betriebsstabilität des Systems erheblich verbessert werden.
Strategie und Auswahlparameter für die Komponentenaktualisierung
Komponenten sind das "Herz" von Photovoltaik-Kraftwerken, und ihre Leistung wirkt sich direkt auf die Gesamteffizienz der Stromerzeugung des Kraftwerks aus. Bei älteren Kraftwerken, die seit mehr als 10 Jahren in Betrieb sind, können Komponenten-Upgrades sofortige Ergebnisse bringen. Derzeit gibt es zwei gängige Lösungen für das Update von Komponenten auf dem Markt:
Vollständiger Austauschplan
Geeignet für Kraftwerke mit starker Komponentenalterung (Dämpfungsrate von mehr als 2 {7} %) oder großen Flächen mit versteckten Rissen und Hot Spots. Es wird empfohlen, für neue Komponenten N-Typ-TOPCon- oder HJT-Komponenten zu verwenden, mit typischen Parametern wie einer Leistung von 570-720Wp und einem Umwandlungswirkungsgrad von 22. 4-25%, Temperaturkoeffizient von -0,29%/ Grad und jährliche Dämpfungsrate von nur 0. 4-0.45%.
Im Vergleich zu frühen polykristallinen Komponenten (mit einer jährlichen Zerfallsrate von {{0}}.{ {1}}%) kann es innerhalb eines Lebenszyklus von 25 Jahren 15-20 % mehr Strom erzeugen. Die Gesamtwiederbeschaffungskosten sind jedoch relativ hoch, etwa 0. 7-0.9 Yuan/W, und es ist notwendig, die Tragfähigkeit der ursprünglichen Halterung und die Kompatibilität des elektrischen Systems umfassend zu berücksichtigen.
Ergänzungsplan für inkrementelle Kapazität
Geeignet für Kraftwerke mit Komponenten in gutem Zustand, aber unzureichender Kapazität. Der gängige Ansatz zur Erhöhung der Systemkapazität ohne Erhöhung des Flächenverbrauchs besteht darin, das ursprüngliche Kapazitätsverhältnis von 1:1 auf 1:1 zu erhöhen. 1-1.2. Bei der Kapazitätsergänzung sollte auf die Kompatibilität von neuen und alten Komponenten geachtet werden. Es wird empfohlen, Komponenten mit ähnlichen Spannungsparametern (Vmp, Voc) zu wählen, um den "Barrel-Effekt" zu vermeiden.
Zum Beispiel verwendete das ursprüngliche Kraftwerk Komponenten mit einem Voc von 38 V, und die neu hinzugefügten Komponenten sollten innerhalb des Voc-Bereichs von 36-40V gesteuert werden, um konsistente String-Parameter innerhalb derselben MPPT-Schaltung zu gewährleisten. Das Komponentenlayout kann vertikal installiert werden, was zu einem geringeren Leistungsverlust im Vergleich zur horizontalen Anordnung bei Verschattung führt (die Hälfte der Komponente kann immer noch 50 % Leistung aufrechterhalten, wenn eine Reihe von Batterien blockiert wird).
Wechselrichter-Upgrade und MPPT-Optimierung
Der Wechselrichter ist das "Gehirn" der Photovoltaikanlage, und sein Umwandlungswirkungsgrad und seine MPPT-Leistung wirken sich direkt auf die Stromerzeugung aus. Frühe Kraftwerke verwendeten häufig zentralisierte Wechselrichter, die im Allgemeinen Probleme hatten, wie z. B. eine geringe Anzahl von MPPTs (nur ein Kanal pro Einheit), einen engen Spannungsbereich (z. B. 450-820V) und eine hohe Anlaufspannung (z. B. 200 V), was zu starken Stromerzeugungsverlusten in der Morgen- und Abendzeit führte. Moderne Stringwechselrichter sind in der Regel mit 3-6 MPPTs ausgestattet, mit einem weiten Spannungsbereich von 200-1000V und einer Startspannung von nur 80 V, wodurch die effektive tägliche Stromerzeugungszeit um 1-2 Stunden verlängert werden kann.
Beim Austausch des Wechselrichters ist es wichtig, die folgende Parameteranpassung zu berücksichtigen:
MPPT-Spannungsbereich: Er soll die Betriebsspannung von Bauteilen bei extremen Temperaturen abdecken. Am Beispiel einer Reihe von 20 540W-Komponenten (Vmp=41,65 V) kann die Spannung eines einzelnen Strings 920 V (Voc=49,5 V, Temperaturkoeffizient -0,27 %) bei -15 Grad erreichen, sodass die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters größer oder gleich 1000 V sein muss.
Anpassungsfähigkeit des Kapazitätsverhältnisses: Das Kapazitätsverhältnis des modifizierten Systems wird in der Regel auf 1 erhöht. 1-1.2, und der Wechselrichter muss eine DC-Überlastkapazität von mindestens 1,3 Mal haben, um Leistungsverluste zu vermeiden.
Kompensation der Blindleistung bei Nacht: Das Kraftwerk beteiligt sich an der Regelung der Netzspannung, und der neue Wechselrichter sollte den Nacht-SVG-Modus mit einem Einstellbereich des Leistungsfaktors von ± 0.9 unterstützen.
Bei Kraftwerken mit komplexem Gelände können Stringwechselrichter eingesetzt werden, um zentrale Lösungen zu ersetzen. Nehmen wir ein 50-MW-Kraftwerk als Beispiel, bei dem 10 500kW zentralisierte Wechselrichter durch 150 110kW String-Wechselrichter ersetzt werden, obwohl die Anfangsinvestition um etwa 5 % steigt, kann der durch Geländeunterschiede verursachte Verlust der String-Fehlanpassung von 5 % auf weniger als 1 % reduziert werden, und die jährliche Stromerzeugung kann um 3-5 % gesteigert werden.
Einstellung der Halterung und Renovierung des Reinigungssystems
Die Halterungsoptimierung ist eine kostengünstige Lösung zur Verbesserung der Effizienz der Stromerzeugung. Der Neigungswinkel der frühen Kraftwerksstützen war größtenteils fest und berücksichtigte nicht vollständig den lokalen Breitengrad (der optimale Neigungswinkel entspricht in der Regel dem Breitengrad ± 5 Grad). Durch die Anpassung des Neigungswinkels kann der jährliche Strahlungsempfang um 3-8% erhöht werden. Im praktischen Betrieb muss eine professionelle Software (wie z.B. PVsyst) zur Simulation eingesetzt werden, um die Stromerzeugungsunterschiede zwischen Sommer und Winter auszugleichen.
Automatisiertes Reinigungssystem
Durch die Installation können die Betriebs- und Wartungskosten erheblich gesenkt und die Effizienz der Stromerzeugung verbessert werden. Vergleichsdaten zeigen, dass die tägliche Differenz zur Stromerzeugung von stark verschmutzten Bauteilen nach der Reinigung 16 % erreichen kann. Die herkömmliche manuelle Reinigung (4 Personen pro Fahrzeug) dauert 15 Tage, um ein 20-MW-Kraftwerk fertigzustellen, während der Einsatz automatisierter Reinigungsfahrzeuge (1 Person pro Fahrzeug) nur 6 Tage dauert, wodurch die Arbeitskosten um 75 % gesenkt werden. In Gebieten mit knappen Wasserressourcen können wasserlose Reinigungsroboter installiert werden, die einmal pro Woche reinigen, mit einer Amortisationszeit von etwa 2-3 Jahren.
Installation eines Energiespeichersystems
Eine effektive Lösung, um das Problem der Stromrationierung anzugehen. Durch die Konfiguration von Energiespeichern mit {{0}}% Kapazität (z. B. 2 MWh für ein 10MW-Kraftwerk) kann Strom während der Strombeschränkungen gespeichert und während der Spitzenzeiten freigegeben werden, wodurch die Rate der verschwendeten Solarenergie reduziert wird. Die aktuellen Kosten für Lithium-Eisenphosphat-Batterien wurden auf 0 gesenkt. {{4},9 Yuan/Wh, und mit der Zwei-Ladungs- und Zwei-Entladungs-Strategie kann der interne Zinsfuß um 2-3 Prozentpunkte erhöht werden. Bei der Auslegung von Energiespeichern sollte auf die Auswahl der Ladungsentladungsrate (C-Rate) geachtet werden. Bei Anwendungen mit einem täglichen durchschnittlichen Zyklus wird ein Wert von 0. Eine 25-0,5C-Konfiguration wird empfohlen, um die Lebensdauer und den Strombedarf in Einklang zu bringen.
Systemoptimierung und intelligente Betriebs- und Wartungslösungen
Auf der Grundlage der abgeschlossenen Hardware-Transformation können die Optimierung auf Systemebene und der Aufbau eines intelligenten Betriebs- und Wartungssystems das Potenzial der Stromerzeugung von Photovoltaik-Kraftwerken weiter freisetzen. Zu den wichtigsten Aufgaben in dieser Phase gehören die Optimierung des Kapazitätsverhältnisses, das Schattenmanagement und der Aufbau intelligenter Überwachungssysteme. Durch diese Maßnahmen kann der Gesamtwirkungsgrad des Systems um 5-15% verbessert werden.
Optimierung des Kapazitätsverhältnisses und der Quadratbildung
Die Optimierung des Kapazitätsverhältnisses (das Verhältnis von Photovoltaikmodulkapazität zu Wechselrichterkapazität) ist der Schlüssel zur Verbesserung der Systemauslastung. Frühe Photovoltaik-Kraftwerke verwendeten in der Regel ein Kapazitätsverhältnis von 1:1, während moderne Kraftwerke in der Regel mit einem Verhältnis von 1:1 ausgelegt sind. 1-1.2. Durch die Erhöhung des Verhältnisses von Kapazität zu Kapazität kann der Wechselrichter auch bei schwacher Sonneneinstrahlung mit Nennleistung betrieben werden, wodurch die Anzahl der Stunden der Stromerzeugung erhöht wird.
Tatsächliche technische Fälle zeigen, dass die Erhöhung des Kapazitätsverhältnisses von 1. 0 bis 1,1 kann es dem Wechselrichter ermöglichen, während der besten Beleuchtungsperiode eine Volllastleistung zu erzielen, die Einzelwattkosten des Systems um 5-8 % zu senken und die interne Rendite um 1 zu erhöhen. 5-2 Prozentpunkte.
Ökonomisch vergleichende Analyse technologischer Transformationspläne
Die ökonomische Bewertung des technologischen Wandels von Photovoltaik-Kraftwerken ist die zentrale Grundlage für Investitionsentscheidungen, die eine umfassende Betrachtung der Balance zwischen technologischer Leistungsverbesserung und finanzieller Rendite erfordert. Die aktuellen Mainstream-Sanierungspläne für Photovoltaik-Kraftwerke sind hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt, die jeweils erhebliche Unterschiede in Bezug auf den Investitionsumfang, den Effekt zur Verbesserung der Stromerzeugung und die Amortisationszeit der Investition aufweisen und für Kraftwerksprojekte mit unterschiedlichen Bedingungen und Bedürfnissen geeignet sind.
Minimieren Sie den Renovierungsplan
Als grundlegendster technologischer Transformationspfad umfasst er hauptsächlich grundlegende Arbeiten wie die regelmäßige Reinigung von Komponenten, das Management der Vegetation vor Ort, die Wartung von Wechselrichtern und die Inspektion von Kabelverbindungen. Die Investitionsstückkosten dieser Art von Systemen sind am niedrigsten, in der Regel zwischen 0. 1-0,2 Yuan/W, aber die Steigerung der Stromerzeugung ist relativ begrenzt, etwa 3-8%. Aufgrund des geringen Investitionsumfangs und der unmittelbaren Ergebnisse beträgt die Amortisationszeit der Investition in der Regel innerhalb von 1 Jahr, und in einigen Fällen können die Kosten sogar innerhalb von 6-8 Monaten amortisiert werden.
Der Minimierungssanierungsplan eignet sich besonders für Kraftwerke mit relativ guten Betriebsbedingungen und kurzen Restlaufzeiten (z. B. weniger als 5 Jahre) oder als Übergangsmaßnahme vor der Umsetzung anderer Sanierungspläne. In der Praxis ist der Effekt der Bauteilreinigung besonders groß. Je nach Umgebung kann die Effizienz der Stromerzeugung durch regelmäßige Reinigung um 5-15 % verbessert werden, während die Investitionskosten nur 0 betragen. 02-0.05 Yuan/W/Zeit. Es ist erwähnenswert, dass die Minimierung der Renovierung die Gesamtleistung des Kraftwerks möglicherweise nicht wesentlich verbessert, aber eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des geplanten Stromerzeugungsniveaus und der Verhinderung eines schnellen Effizienzverlusts spielt.
Mittelgroßer Sanierungsplan
Dies stellt eine Option mit besserer technischer und wirtschaftlicher Machbarkeit dar, die in der Regel den teilweisen Austausch von Komponenten (z. B. den Austausch von {{0}}% stark gealterten Komponenten), die Aufrüstung des String-Wechselrichters, die Installation des Datenüberwachungssystems, die Anpassung der Halterung und die Optimierung des Kapazitätsverhältnisses und andere technische Maßnahmen umfasst. Die Investition pro Einheit für diese Art von Systemen beträgt etwa 0. 5-0,8 Yuan/W, was eine Steigerung der Stromerzeugung um 15-25% bringen kann, und die Amortisationszeit der Investition beträgt in der Regel 3-5 Jahre. Die mittelgroße Sanierung eignet sich besonders für Kraftwerksprojekte mit unausgeglichenem Komponentenstatus, Wechselrichtertechnologie, die deutlich hinter den aktuellen Standards zurückbleibt (z. B. frühe Zentralwechselrichter mit einem Wirkungsgrad von unter 96 %) oder fehlenden Überwachungssystemen.
Aus technischer und wirtschaftlicher Sicht sind Wechselrichter-Upgrades in der Regel das rentabelste Projekt in diesem Programm. Moderne Stringwechselrichter haben nicht nur einen Wirkungsgrad von über 98,5 %, sondern können auch eine String-Level-Überwachung erreichen, wodurch die Anlagenverfügbarkeit effektiv um 2-3 Prozentpunkte verbessert wird. Für den Austausch einiger Komponenten kann eine "à la carte"-Strategie gewählt werden, bei der der Austausch von Komponenten mit starker Dämpfung (z. B. Leistungsdämpfung von mehr als 20 %) oder offensichtlichen Hotspots Vorrang hat, um mit minimalen Investitionen maximale Vorteile bei der Stromerzeugung zu erzielen. Bei der mittelgroßen Renovierung wurde ein gutes Gleichgewicht zwischen Investitionsumfang und Leistungsverbesserung erreicht, was es zu einer idealen Wahl für die meisten Kraftwerke macht, die seit 5-10 Jahren in Betrieb sind.
Umfassender Upgrade-Plan
Es handelt sich um die gründlichste technologische Transformationsmethode unter den drei Wegen, einschließlich des Austauschs aller Komponenten durch hocheffiziente Modelle (z. B. Upgrade von polykristallinem Silizium auf monokristallines PERC oder TOPCon), der Neugestaltung des Support-Systems, der Modernisierung aller Wechselrichter und der Optimierung des Kapazitätsverhältnisses auf 1. 3-1,5 mal, die Installation von Energiespeichern, den Bau intelligenter Betriebs- und Wartungsplattformen und andere umfassende Maßnahmen. Der Investitionsumfang solcher Programme ist relativ groß, etwa 1. 2-1,8 Yuan/W ohne Energiespeicher und erhöht sich auf 2. {{8},5 Yuan/W mit Energiespeichersystemen (z. B. 15 % -20 % Lithiumbatterien), kann aber entsprechend eine Steigerung der Stromerzeugung um 30-50 % bewirken. Die Amortisationszeit der Investition für eine umfassende Modernisierung ist relativ lang, in der Regel 5-7 Jahre, was für hochwertige Kraftwerke mit knappen Landressourcen, hohen Netzstrompreisen oder starken Stromeinschränkungen geeignet ist, insbesondere für solche, die sich in Gebieten der Klasse I mit geringen Ressourcen und mehr als 10 Betriebsjahren befinden.
Ein wesentlicher Vorteil eines umfassenden Upgrades ist die Möglichkeit, die neuesten technologischen Errungenschaften wie doppelseitige Komponenten, Spurhalterungen, intelligente Bedienung und Wartung voll auszuschöpfen, was nicht nur die Stromerzeugung erhöht, sondern auch die Betriebs- und Wartungskosten erheblich senkt (Reduzierung des manuellen Inspektionsbedarfs um 30-50%). Darüber hinaus erhöht die Installation von Energiespeichersystemen zwar die Anfangsinvestition, kann aber durch Wertschöpfungsmodelle wie Peak-Valley-Arbitrage und Zusatzdienste zusätzliche Einnahmen generieren. In einigen marktorientierten Stromhandelsregionen kann die Energiespeicherung den Gesamt-IRR des Projekts um 2-3 Prozentpunkte erhöhen.