?隨著市場的不斷回歸，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快車道。據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年我國光伏新增裝機總量為15.13GW，總裝機容量43.18GW，超越德國摘得全球光伏裝機之首的桂冠。
隨著互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善和相關(guān)分析技術(shù)的成熟，“互聯(lián)網(wǎng)+”亦正步入快速發(fā)展期，并持續(xù)獲得政策力挺。為提高可再生能源比重，促進化石能源清潔高效利用，推動能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級，國家發(fā)改委、能源局、工信部近日聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》）。
《意見》提出，要推動可再生能源生產(chǎn)智能化，鼓勵建設(shè)智能風(fēng)電場、智能光伏電站等設(shè)施及基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧運行云平臺，實現(xiàn)可再生能源的智能化生產(chǎn)；推動集中式與分布式儲能協(xié)同發(fā)展，推動在集中式新能源發(fā)電基地配置適當(dāng)規(guī)模的儲能電站，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與新能源、電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行；加快推進能源消費智能化，加強電力需求側(cè)管理，普及智能化用能監(jiān)測和診斷技術(shù)，加快工業(yè)企業(yè)能源管理中心建設(shè)，建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)的信息化服務(wù)平臺。這標志著政府2015年提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”的能源版本正式面世。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大趨勢下，與其一脈相承的“智能光伏”再次受到矚目。
“智能光伏”是光伏發(fā)電、信息技術(shù)兩大領(lǐng)域的跨界和創(chuàng)新，帶來的創(chuàng)新產(chǎn)物即為智能化光伏電站。即從電站建設(shè)到運維全流程進行優(yōu)化和創(chuàng)新，將數(shù)字信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏技術(shù)進行跨界融合，實現(xiàn)合理優(yōu)化初始投資、降低運維成本，提高系統(tǒng)發(fā)電量，增加投資回報率，且能夠適應(yīng)包括大型地面電站、山地丘陵、農(nóng)光互補和漁光互補等各種復(fù)雜場景。
1.智能光伏電站定義
所謂智能化即減少人的介入、實現(xiàn)全自動化無人運行，實現(xiàn)故障的自動發(fā)現(xiàn)，自動診斷和自動修復(fù)，從而提升發(fā)電量，減少維護成本，提高系統(tǒng)收益。
智能化必須經(jīng)歷三個階段：自動化、信息化、智能化。
自動化是指電站現(xiàn)場減少人工的工作，系統(tǒng)設(shè)計成無易損部件，免維護，無需專家現(xiàn)場進行問題診斷，無需人工現(xiàn)場修復(fù)；信息化是指組串的高精度智能檢測，信息的高速可靠安全低成本傳輸，后臺數(shù)據(jù)的高可靠性存儲及監(jiān)視；智能化則是基于大數(shù)據(jù)的問題分析，實現(xiàn)主動發(fā)現(xiàn)問題并提出運維建議：基于遠程移動運維，實現(xiàn)專家遠程指導(dǎo)和復(fù)用；基于專家運維系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)防性維護；基于自動報表系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不同層面的自動報告。
1.1.自動化
傳統(tǒng)方案中在自動化方面存在幾個問題。
第一，傳統(tǒng)方案一般放置于磚瓦房或集裝箱內(nèi)，設(shè)備體積大，需重型設(shè)備吊裝，安裝成本高。
第二，傳統(tǒng)方案在匯流箱中需大量使用熔絲保護，選用熔絲做組串防護，需大量常規(guī)維護。熔絲的老化熔斷隨著熔絲工作時間的增長必然會發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計直流熔絲電站現(xiàn)場失效從第4年開始失效率顯著升高。
第三，傳統(tǒng)方案采用外部風(fēng)扇進行散熱，但風(fēng)扇防護等級只有IP54/55，防護等級較低，并且存在噪聲大，可靠性差，更換維護成本極高等問題，最重要的是一旦風(fēng)扇失效將極大減弱逆變器的散熱能力。逆變器機房需要人工日常定期清掃沙塵，長年的灰塵與鹽霧影響容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生嚴重故障，故障需要專家現(xiàn)場修復(fù)，運維工作頻繁，周期長損失大。
智能光伏電站從整體架構(gòu)上來說更為簡單，去除易損件，把復(fù)雜功能進行整合，去除需要維護的部件和工作?？傮w來說，智能光伏解決方案能讓電站建設(shè)更加簡單，簡化設(shè)計與采購環(huán)節(jié)，縮短建設(shè)周期，簡化備品備件的關(guān)系，提高系統(tǒng)可靠性及發(fā)電量。
1.2.信息化
傳統(tǒng)光伏方案在設(shè)備數(shù)據(jù)通信方面并不完善。
傳統(tǒng)方案數(shù)據(jù)監(jiān)測顆粒度粗，精度低，傳輸可靠性低。集中式/集散式逆變器沒有組串監(jiān)控，直流匯流箱也沒有組串監(jiān)控，檢測精度僅為3%，而且集中式只能檢測電流。
傳統(tǒng)方案整個通信網(wǎng)絡(luò)信號傳輸可靠性低，因為傳統(tǒng)電站子陣內(nèi)RS485通信連接設(shè)備部件種類多，包括直流匯流箱、直流柜、逆變器、箱變等設(shè)備，而且大多采用不同廠家的設(shè)備，由于不同設(shè)備設(shè)計差異，不同設(shè)備連接在一起后存在地電位差，造成接口模塊打壞，且無法事先對組合的部件進行系統(tǒng)測試。
傳統(tǒng)方案環(huán)境適應(yīng)性差。傳統(tǒng)RS485經(jīng)常斷，與電力線纜一起鋪設(shè)的時候，會受到干擾，而且在潮濕、凍土、耕地等場景易被損壞，造成通訊中斷。另外電站內(nèi)傳輸一般存在光纖環(huán)網(wǎng)，光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)生問題后很難定位到問題出在哪里，造成故障后極難排查與恢復(fù)。
智能光伏解決方案能夠做到更高精度的組串智能檢測，子陣內(nèi)傳輸與電站內(nèi)傳出分別采用更先進的PLC電力載波通信技術(shù)與4G無線通信技術(shù)。在組串檢測方面，采用高精度霍爾傳感器，通過高頻差分算法補償、高精度儀器出廠校準，實現(xiàn)0.5%高精度監(jiān)測，能對組串電壓、電流二維信息精確監(jiān)測，精度是智能匯流箱的6倍以上。并且可以實時監(jiān)控組串狀態(tài)，發(fā)生異常自動告警，精確定位組串故障。
引入PLC電力載波通訊技術(shù)替代RS485，傳輸速率從RS485能達到的9.6bps（最大也只能19.2Kbps）大大提升到200Kbps。在施工方面PLC技術(shù)借用交流線做通道，不需額外布線，節(jié)省通訊線纜和施工費用0.01元/W，而傳輸RS485方案施工復(fù)雜，需挖溝埋線纜。PLC方案借用交流線做通道，可靠性高，器件損壞僅更換故障單板即可，可維護性好，而傳輸RS485方案工程接線易出錯，中間斷鏈影響局部通信，線纜斷線后，需挖溝更換，可維護性差?？傮w來說，PLC電力載波通訊技術(shù)，能達到節(jié)省通訊線纜，提高可靠性的目的。
在電站內(nèi)通信方式采用4G無線通信技術(shù)，構(gòu)建智能管理網(wǎng)絡(luò)，此先進的技術(shù)帶來多方面的以下優(yōu)點。功能方面，單站最大可覆蓋80平方公里、傳輸時延>50ms、電站可平滑擴容。在施工運維方面，無需光纖及挖溝鋪光纜、故障定位、維護簡單。在管理方面，光伏電站內(nèi)的移動互聯(lián)網(wǎng)，智能光伏終端、無人機、遠程專家協(xié)同高效運維。
1.3.智能化
傳統(tǒng)光伏方案并沒有涉及頂層智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解決方案，通過建立一套全球化自動營維系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，構(gòu)建一體化云平臺，構(gòu)建面向“能源互聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用基礎(chǔ)。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
①大數(shù)據(jù)分析主動挖掘低效器件，實現(xiàn)預(yù)防性維護；
對于電站業(yè)主，尤其是有大量光伏電站的客戶，不僅要考慮電站如何維護，更要考慮電站如何運營，主動地優(yōu)化電站的運行狀態(tài)，比如通過5點4段的PR分析，把每一段組件+線纜、逆變器、箱變、升壓段的線損等所有的電站綜合起來分析，通過橫向和縱向的分析，把效率低的電站的和階段找出來，進行優(yōu)化。
通過大數(shù)據(jù)分析，對所有的組串和設(shè)備做離散分析，把異常但是沒有出問題告警的組串/設(shè)備識別出來，比如一個熱斑，系統(tǒng)可能沒有告警，但是已經(jīng)比其他組串落后，就可以通過離散分析找出來，進行預(yù)測性的維護，這就是主動經(jīng)營的應(yīng)用。
此外，還可以通過設(shè)備間的對比分析，以及設(shè)備長期以來的效率和故障統(tǒng)計，進行設(shè)備的評估，為未來的設(shè)備選型和方案設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。
②遠程運維，電站現(xiàn)場“無人值班、少人值守”
在電站現(xiàn)場無需人員值班，專家在總部集中實施監(jiān)控、分析即可。當(dāng)電站出現(xiàn)問題時，主動將告警與修復(fù)建議推送值守人員，值守人員可完全按照指示處理，快速提交閉環(huán)。遇到復(fù)雜問題，可進行現(xiàn)場狀況實時回傳，包括視頻、語音、數(shù)據(jù)等全方位信息，數(shù)據(jù)回傳至云數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心專家進行遠程指導(dǎo)，實現(xiàn)保障現(xiàn)場人員安全、規(guī)范修復(fù)故障流程、處理結(jié)果迅速閉環(huán)。
③精準定位故障，減少誤診斷率，提高運維效率
很多集中式電站中，組串發(fā)生問題都發(fā)現(xiàn)不了，發(fā)電量的損失根本都找不回來。結(jié)合智能光伏控制器的組串級高精度的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)故障，另外通過數(shù)據(jù)庫的分析，能夠精確地發(fā)現(xiàn)是哪個設(shè)備發(fā)生故障，還能根據(jù)預(yù)制和運維經(jīng)驗得來的措施，提出處理建議，讓運維人員有目的的上站，一次性解決問題，避免來回排查、取設(shè)備等。
2.智能化光伏電站的構(gòu)成
光伏電站智能化構(gòu)成可分為3個層次：底層——設(shè)備硬件智能化（包括光伏組件、逆變器、配電裝置等）；中間層——光伏電站生產(chǎn)監(jiān)控管理功能智能化及發(fā)電最優(yōu)控制；頂層——大區(qū)域決策服務(wù)。
1、底層——光伏場內(nèi)硬件設(shè)備，應(yīng)配置智能光伏控制器，控制器應(yīng)能精細實現(xiàn)沒錄光伏電池組串的數(shù)據(jù)監(jiān)測，對輸入的每一路進行獨立的電壓電流檢測，提高檢測精度，為準確定位故障與提高運維效率奠定了基礎(chǔ)；MPPT路數(shù)更多，能實現(xiàn)能量的精細化管理；采用高精度的傳感裝置，保證更高的數(shù)據(jù)精度，提升電站系統(tǒng)的發(fā)電量和維護性。
2、中間層——光伏電站智能化運維系統(tǒng)，基本分為智能光伏監(jiān)控系統(tǒng)電站和智能光伏生產(chǎn)管理系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)之間真正的互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與各子站的信息互通。整個系統(tǒng)按照“一體化”設(shè)計原則，在統(tǒng)一的通信平臺上，配置一體化的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對電站各類設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控。
3、頂層——集團總部或區(qū)域集控運維中心，實現(xiàn)對各電站進行集中管理，提高電站的管理和運維效率，提升發(fā)電量，降低管理成本；基于云計算平臺，具備管理數(shù)十吉瓦、數(shù)百電站的數(shù)據(jù)接入能力，支持25年，數(shù)百TB的數(shù)據(jù)存儲，完備的權(quán)限控制和鑒權(quán)機制，保證數(shù)據(jù)安全；支持多種電站接入，擴展介入新電站，將位于全國不同位置的多個電站當(dāng)作本地邏輯電站進行管理，分析各電站全年和各月發(fā)電計劃完成情況、運維投入情況，輔助集團領(lǐng)導(dǎo)決策分析；匯總多個電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)、融合分析、形成一整套跨點站的KPI指標來評估電站的運營情況，評估電站的運行健康狀態(tài)，快速找出短板，給出優(yōu)化建議。
3.智能光伏電站的技術(shù)特點與客戶價值
相比傳統(tǒng)電站，智能光伏電站具有更高的投資收益率和可用度等一系列優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、智能光伏電站的內(nèi)部收益率IRR相比傳統(tǒng)電站提升3%以上。由于采用多路MPPT、多峰跟蹤等先進技術(shù)，有效降低了組件衰減、陰影遮擋、施工安裝不一致、地形不一致、直流壓降等光伏陣列損失的影響，系統(tǒng)PR（PerformanceRatio）值達到83%以上，相比傳統(tǒng)方案平均發(fā)電量提升5%以上，內(nèi)部收益率IRR提升3%以上。
2、25年的系統(tǒng)可靠運行免維護設(shè)計。智能光伏控制器采用IP65防護等級，實現(xiàn)內(nèi)外部的環(huán)境隔離，使器件保持在穩(wěn)定的運行環(huán)境中，降低溫度、風(fēng)沙、鹽霧等外部環(huán)境對器件壽命的影響；系統(tǒng)無易損部件，無熔絲、風(fēng)扇等需定期更換器件，實現(xiàn)系統(tǒng)免維護；從器件到系統(tǒng)實現(xiàn)25年可靠性設(shè)計及壽命仿真，加上嚴格的驗證測試，保證系統(tǒng)部件在整個生命周期內(nèi)無需更換，可靠經(jīng)濟運行。
3、光伏電站裝機容量的實際利用率高。智能光伏電站年平均故障次數(shù)少30%，系統(tǒng)故障對發(fā)電量的影響只有傳統(tǒng)方案的十分之一，質(zhì)保期外的維護成本只有傳統(tǒng)方案的五分之一。傳統(tǒng)的光伏電站本質(zhì)上是一個串聯(lián)系統(tǒng)，直流匯流箱、直流配電柜、機房散熱及輔助源供電設(shè)備、逆變器大機等任何一個部件的故障均會造成部分或者全部光伏整列發(fā)電損失，由于需要專業(yè)人員維護，修復(fù)周期長，成本高。而智能光伏電站結(jié)構(gòu)簡單，本質(zhì)上是一個分布式的并聯(lián)系統(tǒng)，單臺逆變器的故障不影響其它設(shè)備運行，而且由于體積小、重量輕、現(xiàn)場整機備件，易安裝維護，大大提升了系統(tǒng)的可用度。
4、組串級的智能監(jiān)控及多路MPPT跟蹤技術(shù)，確保電站“可視、可信、可管、可控”。智能光伏控制器對輸入的每一路組串進行獨立的電壓電流檢測，檢測精度是傳統(tǒng)智能匯流箱方案的10倍以上，為準確定位組串故障，提高運維效率奠定了基礎(chǔ)。多路MPPT技術(shù)，降低遮擋、灰塵、組串失配的影響，平坦地形下發(fā)電量提升5%以上；在屋頂、山地電站中降低不同朝向、陰影遮擋的影響，發(fā)電量提升8-10%；與跟蹤系統(tǒng)配合使用，跟蹤控制與控制器集成，能夠?qū)崿F(xiàn)對支架的獨立跟蹤，提升發(fā)電量，智能控制器和跟蹤支架成為最佳伴侶。
5、智能光伏電站“可升級、可演進”。當(dāng)組件技術(shù)進步，運行環(huán)境發(fā)生變化時，利用智能光伏控制器的軟件可遠程在線升級，后向兼容設(shè)計等特性，無需更換網(wǎng)上運行設(shè)備，通過算法升級就能夠享受最新的技術(shù)成果，最大化復(fù)用現(xiàn)有設(shè)備。
6、智能主動電網(wǎng)自適應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)友好。利用智能控制器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優(yōu)勢，主動適應(yīng)電網(wǎng)的變化，更好實現(xiàn)多機并聯(lián)控制，更優(yōu)的并網(wǎng)諧波質(zhì)量，更好地滿足電網(wǎng)接入要求，提高在惡劣電網(wǎng)環(huán)境下的適應(yīng)能力。
7、主動安全。降低直流傳輸?shù)木嚯x，實現(xiàn)主動安全。直流的安全傳輸與防護是重點，也是難點。智能光伏電站采用無直流匯流設(shè)計，組串輸出的直流電直接進入逆變器逆變?yōu)榻涣麟娺M行遠距離傳輸，主動規(guī)避直流傳輸帶來的安全和防護問題，降低直流拉弧帶來的安全隱患，使電站更加安全。
PID導(dǎo)致的組件功率衰減會極大的影響投資收益，通過智能控制器自動檢測組件電勢，主動調(diào)整系統(tǒng)工作電壓，使電池板負極無需接地的情況下，實現(xiàn)對地正壓，有效規(guī)避PID效應(yīng)；由于電池板負極無需接地，加上逆變器內(nèi)部的殘余電流監(jiān)測電路，能夠在檢測到漏電流大于30毫安的情況。
“用戶體驗”是互聯(lián)網(wǎng)的核心思維，也是光伏企業(yè)發(fā)展的不二法門。隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展日趨成熟，光伏電站運行場景逐漸多樣化，在此情況下，提升光伏電站發(fā)電量，保障電站安全運行成為電站業(yè)主最基本的訴求。光伏電站智能化，不僅為不同地區(qū)、不同場景的電站提供契合自身的解決方案，在降低運維成本，提高光伏電站收益方面更具優(yōu)勢，是我國智慧能源產(chǎn)業(yè)體系的重要組成部分，也是光伏發(fā)展的新趨勢。
