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面对风沙、雷电,我们该如何应对?
发表于:2018-05-16 14:35:56
来源:木联能恒通运维

一 风沙篇

我国风沙日数分布形势是东南少西北多,一般来说新疆、甘肃、宁夏、内蒙等西北内陆地区年风沙日数都在20~30天以上。东北、华北一般在1~10天,局部地区可以超过10天。青藏高原大部地区在10~20天之间。东部地区北纬35°左右以南风沙日数就已经很少了,一般每年平均不超过1天。但北方植被较好的湿润山区例如天山西段高山区和大兴安岭北部,一般也少有风沙发生。

我国绝大部分大型地面电站身处西北荒漠地区,风沙几乎是家常便饭。风沙不但增加了运维人员的清扫成本,更严重者造成逆变器房中积灰,导致防尘网堵塞、散热性能变差,逆变器转换效率降低。风沙的成分比较复杂,有的是酸性物质,有的是碱性物质,而太阳能电池板的主要成分为二氧化硅和石灰石等,如果灰尘碰到空气中的水汽变湿润,就可与太阳能电池板的组成物质产生酸性或碱性反应对其造成腐蚀。如果不及时处理,风沙长期积累在光太阳能电池板表面,会使前盖玻璃透光率下降,透光率的下降会导致电池的输出性能下降,从而导致其发电量下降。有学者在兰州附近做过实验,即便是在晴朗的天空,没有风沙尘的天气,将近20几天的时间,光伏板上自然的降尘就影响发电的15%~20%,这个影响还是比较大的。在风沙天气一场风沙就影响到30%、40%。

除了在设计时对组件、逆变器进行风沙测试外,一些小型光伏电站采用人工清洁的方法,用拖把、橡胶刮条或柔软的抹布进行清洗。该方法缺点是在清洗过程中不可避免地会对玻璃面板产生划痕,磨伤玻璃表面,部分工作需两人配合作业,效率相对较低;优点是不浪费水电资源,几乎只有人工成本。

大中型光伏电站人工清洁难度较大,一般采用机械清洁的方式。高压水枪清洗,水经过加压后形成水汽混合物,将光伏面板表面风沙冲洗干净,清洁效果较好,因此被很多光伏电站广泛采用;缺点是对水电需求较大,清洁过程中会形成大量污水,污染环境;投入成本主要是机器和人员工资。清洗车清洗,用水量较大,对面板几乎没有损伤,效率较高,但需空间宽阔平坦的地区使用,投入成本较高。

二 雷电篇

在光伏电站的设计中,雷电是一个重要的气象参数,雷电的单位是天,在观测上不管是打一声雷或者是打一整天雷,都记一个雷电日。我国平均雷电日数的分布形势是南方比北方多,山区比平原多,陆地比水面多。我国雷电日数最多的地区是云南南部和两广地区,可达90~100天以上,最多雷电的西双版纳地区和海南岛中部山区可达120天以上。青藏高原东部和横断山区中北段是全国雷电的次多中心,许多站也可达到80~90天之多。年雷电日数从华南和云南、西藏高值区向北明显减少。东部地区大约北纬30°以北,青藏高原东部大约北纬35°以北,年雷电日数就降到50天以下(天山、祁连山区除外),但此线以北的我国北方地区中绝大部分地区年雷电日数仍有30~40天左右,仅西北内陆干旱地区少于20天,准噶尔、柴达木、吐鲁番、塔里木等干旱盆地和藏北高原甚至在5~10天以下。

雷电对光伏电站造成的影响一般分为两种,分别为“直击雷”和“感应雷”。正如其名称,直击雷是指雷电直接击中地面电器设备、线路或建筑物,强大的雷电流通过物体泄入大地,在该物体上产生较高的电位降,其通过被击物体时,将产生有破坏作用的热效应和机械效应,相伴的还有电磁效应和对附近物体的闪络放电(称为雷电反击或二次雷击)。

感应雷是指附近遭到雷击时,雷击产生的电能经由光伏发电系统内的输电线及接地电线等传导,对发电设备施加远远超过额定水平的电压,从而对设备造成损伤。

感应雷落到光伏电站附近的建筑物或地面时,会导致发电设备接地部分的电势(与基准点相比的某一点的电压)上升,感应电势会导致电站发电设备内的主电路产生过渡性异常高电压——浪涌电压。这种电压会破坏发电设备内的绝缘部分,导致设备损坏。

所以,如果光伏电站遭到雷击,轻则开关、电表烧毁,重则设备电路板烧焦、电子元器件击穿损坏,致使光伏电站无法正常运行,造成重大经济损失。

那么,面对这些危害,我们如何处理?

专家建议,首先要在设计时降低光伏系统距离地面的高度,基本上可以避免直击雷。但在山区等场所的光伏电站因为其海拔高、土层浅,仍有可能遭到雷击,这时就需要采取将太阳电池方阵可靠接地将光伏电站的支架通过与金属围栏、接地线的连接,构成一个环形避雷网,使光伏电站厂区各个部位的电位相等,即实现等电位连接,这样可以防止太阳电池方阵、机房、低压配电线路遭到二次雷击。

其次,感应雷防护在出线杆上装设避雷器,通过与接地装置可靠连接,可防止雷电过电压通过低压配电线路侵入机房直接击中电气设备,同时也可防止雷电过电压侵入负载对用户造成损坏。另一方面,将机房内的金属外壳、蓄电池架、金属管道、电缆金属外皮可靠接地,可以保证机房内不会产生雷电反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,同时也可以防止雷电电磁脉冲干扰电气设备。

据雷电防护专家解释,雷电波防护一是将光伏电站内所有电缆金属外皮与大地作良好的连接,实现可靠的屏蔽,从而防止雷电电磁脉冲对机房内设备的影响;二是在方阵汇流箱、控制器、逆变器等电气设备的输入端加装避雷器或压敏电阻等浪涌保护器,实现多极防护措施,进而提供供电保障。

总之,雷电是一种常见的自然现象,会对建筑物及电气设备造成严重破坏。在光伏电站的防雷设计中,应将外部防雷和内部防雷结合起来,采取有效措施,防止直击雷、感应雷对光伏电站的破坏,保证光伏电站长期稳定、安全、可靠的运行。

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