大家關注光伏電站安全、系統效率時,更多關注在“光伏組件”、“逆變器”這些大件上,而忽視了小而多的連接設備。
光伏連接器4方面的技術風險,如表1所示:
表1:連接器的技術風險
這些技術風險究竟會給電站帶來多大的損失呢?
歐盟Horizon 2020“Solar Bankability”項目對電站的各類風險進行了量化的評估。
一、光伏電站風險與損失的量化分析
“Solar Bankability”項目組發布的報告《Technical Risk in PV Projects》中,根據追蹤的746座電站的各類失效數據。根據電站實際數據,通過理論建模分析,給每個風險都賦予了一個標準值CPN(即Cost Priority Number),單位為?(kWp per year),即每一年每1kWp因各失效風險造成多少歐元的收益損失。這種損失包含風險導致的發電量收益損失以及相應的運維成本。電纜、組件相關的CPN值如圖1、圖2所示。
CPN=發電量收益損失+運維成本
圖1:Total cabling top 10 risks
圖2:Modules top 10 risks
從圖1可以看出,“連接器損壞或燒毀”的 CPN 為 3.47,即每年因此風險將導致每 1kWp 損失 3.47 歐元。
而圖2中,組件熱斑引起的值為2.98,低于“連接器損壞或燒毀”造成的損失。
導讀:大家關注光伏電站安全、系統效率時,更多關注在“光伏組件”、“逆變器”這些大件上,而忽視了小而多的連接設備。
除此以外,考慮到布線涉及連接器安裝(圖2中的第一項)中連接器的影響值,則圖1、圖2中由連接器引起的CPN可與大家非常關注的、組件前3位(即PID、蝸牛紋、背板)造成的損失值相當。
“Solar Bankability”項目組于2016年7月發布的報告《Review and Gap Analyses of Technical Assumptions in PV Electricity Cost》中指出:在電站Top20風險中,由于“連接器損壞或燒毀”造成的發電量收益損失排在第2位。
二、連接器接觸電阻造成的電量損失
光伏連接器是能量傳輸的節點,能量通過時這些節點都會發熱,這是正常的能量消耗。光伏連接器品質好壞的核心評價指標是“公母連接器對插之后的接觸電阻”。優質的連接器必須具有很低的接觸電阻,將此部分損耗降到最低,并且能夠在整個壽命周期穩定維持在低的接觸電阻,即接觸電阻平均值低。
連接器的初始接觸電阻值取決于材料選擇、結構設計以及是否擁有電連接核心技術。史陶比爾MC4標稱的初始接觸電阻為0.35mΩ,這是一個最大值。僅憑這一項, MC4每年每兆瓦就為業主帶來上千元的收入增加。
案例:1MW典型光伏電站
采用265Wp光伏組件,組件的Imp=8.44A,年滿發小時數為1500h,則:
1MW項目將使用3784塊光伏組件,即使用3784套連接器;考慮到每個并聯支路還需要鏈接導線,按總計4000套考慮。
從上表可以看出,采用1MW電站在運行的頭一年,MC4可以為業主多發(少損失)的電量為1071kWh,相當于系統效率提高了0.9‰。一個典型的50MW電站,25年運營期內MC4可為業主多發(少損失)的電量約為140萬kWh。
當然,這些值是理論估算,即滿發情況下,而實際上目前電站運行中仍存在許多“棄光限電”。
三、連接器的運維成本
前面探討接觸電阻對電站收益的影響,有一個前提即連接器正常工作。倘若連接器失效,則會帶來一系列運維成本,包括發電量損失、備品備件、人力成本以及安全風險。
目前分布式光伏市場異常火熱,相信此后會有非常多的居民或工商業屋頂裝上光伏系統。而如果這些系統上連接器出現故障,其排查及更換對運維人員來說會是一個較大的挑戰:一是難度高,二是人身安全風險隨之增加。極端情況,如發生火災,會給業主帶來經濟和聲譽損失。這些都是大家不愿意看到的情況。
《韓非子·喻老》有一段話,“千丈之堤,以螻蟻之穴潰;百尺之室,以突隙之煙焚”。光伏連接器雖小,但若選型得當,仍可做到“小而美”,為業主帶來大收益。反之,則會成為電站運行中的一個棘手問題,會在無形中慢慢地偷走業主許多收益。