Die wichtigsten Aufgaben beim Betrieb und der Instandhaltung von Photovoltaik-Kraftwerken

Die vom Generalunternehmer (bzw. dem Bauunternehmen) des Photovoltaik-Kraftwerks an das Betriebs- und Wartungsteam übergebenen Informationen müssen vollständig sein und im Wesentlichen Folgendes umfassen:

1) Vorläufige Informationen: vorläufige Genehmigungsdokumente für Arbeiten, wie z. B. Genehmigungen für Grundstücke, Umweltverträglichkeitsprüfungen, Zufahrtsgenehmigungen usw.;

2) Technische Daten: Konstruktionszeichnungen, technische Daten der Ausrüstung, Projektabnahmedokumente;

3) Vertrags- und Finanzdokumente: Ausschreibungsunterlagen, Verträge über den Kauf von Ausrüstung und Material, diverse Ausgaben usw.;

Bei der Due-Diligence-Prüfung des erworbenen Kraftwerks sind zunächst die Rechtmäßigkeit, Vollständigkeit und Gültigkeit der oben genannten Dokumente, der damit verbundenen Verfahren, Verträge und sonstigen Unterlagen zu überprüfen; zweitens ist es notwendig, die Gesamtqualität des Kraftwerks zu testen und zu bewerten, um sicherzustellen, dass die Instandsetzungsarbeiten vor der Übergabe des Kraftwerks abgeschlossen sind.

Das vom Betriebs- und Wartungsteam übernommene Photovoltaik-Kraftwerk muss zunächst eine angemessene Arbeitsteilung für Betrieb und Wartung sowie ein wissenschaftliches Managementsystem entsprechend seiner Kraftwerks- und Personalsituation ausarbeiten, einschließlich:

1) Produktions- und Betriebssystem, 2) Sicherheitsmanagementsystem, 3) Notfall-Brandschutzsystem, 4) Betriebsregeln für die Ausrüstung usw.;

Für die täglichen Inspektionsarbeiten sollten klare Regelungen festgelegt werden. Regelmäßige Inspektionen sowie Inspektionen unter besonderen Umständen sind unerlässlich, um den Betriebszustand des Kraftwerks rechtzeitig zu erfassen, bestehende oder potenzielle Probleme zu erkennen und eine normale Stromerzeugung sicherzustellen.

Das Sicherheitsmanagement durchdringt den gesamten Betriebs- und Instandhaltungsprozess und umfasst den sachgemäßen Einsatz von Sicherheitsausrüstung und die Einhaltung sicherer Betriebsvorschriften, um die Sicherheit von Personen und Anlagen zu gewährleisten. Da unerfahrene Mitarbeiter nur über begrenzte praktische Erfahrung und Kenntnisse in der Fehlererkennung und -analyse verfügen, ist qualifiziertes Personal für ihre Schulung erforderlich. Für Arbeiten im Hochspannungsbereich ist zudem eine Zugangsberechtigung zum Hochspannungsnetz notwendig, bevor die Mitarbeiter mit dem Zertifikat arbeiten dürfen.

Während des Betriebs von Photovoltaik-Kraftwerken können aufgrund von Faktoren wie der Ausrüstung selbst, dem Wetter und anderen Ereignissen höherer Gewalt Störungen sowohl auf der Gleichstromseite als auch auf der Wechselstromseite auftreten.

Nach einjähriger kontinuierlicher Überwachung eines westlichen Freiluftkraftwerks wurde festgestellt, dass die Gesamtfehlerhäufigkeit auf der Gleichstromseite (Komponenten, Kombinationskästen, Wechselrichter, Gleichstromkabel) etwa 90 % der Gesamtfehler ausmachte, während die Wechselstromseite (Wechselstromkabel, Umspannwerk, Tiefbau und Aufwärtstransformator) und andere Fehleraspekte einen relativ geringen Anteil ausmachten.

Die Überwachung mehrerer Kraftwerke in einem bestimmten Gebiet im Westen, die seit über zwei Jahren im Normalbetrieb sind, ergab einen jährlichen Stromerzeugungsausfall von maximal 0.18 % bis maximal 0.85 %. Die Häufigkeit und der Umfang von Hauptanlagenausfällen in Photovoltaik-Kraftwerken sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

(Hinweis: Aufgrund der großen individuellen Unterschiede zwischen den Photovoltaik-Kraftwerken sind die Daten in diesem Fall nicht allgemein repräsentativ).

Wechselrichter, Aufwärtswandler und Sammelleitungen fallen seltener aus, doch ein Ausfall hat erhebliche Auswirkungen auf die Stromerzeugung. Der Ausfall lässt sich anhand des Echtzeit-Betriebsstatus im Hintergrundmonitor erkennen, sodass rechtzeitig Wartungsarbeiten durchgeführt werden können.

Aufgrund der großen Anzahl von Strings auf der Gleichstromseite und der hohen Ausfallrate (73.5 %) haben die quadratischen String-Arrays auf der Gleichstromseite einen großen Einfluss auf die Stromerzeugung; ihre Fehler sind jedoch schwer zu finden. Eine Optimierung der String-Arrays kann die Stromerzeugung des Kraftwerks deutlich steigern.

Während des Betriebs und der Wartung können folgende Hauptprobleme an den Komponenten auftreten: lose Bauteile, Hotspot-Ausfälle, Glasbruch, Ausfall der Anschlusskastendiode usw.

Hauptgründe:

• Während der Bauphase können sich lösende Druckblöcke zu einer Lockerung der Bauteile führen;
• Es hängt mit der Qualität der Komponente selbst zusammen.

Die wichtigsten Fehler und Ursachen des Kombinationskastens sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

• Die Sicherung ist durchgebrannt, hauptsächlich aufgrund ihrer Qualität oder weil der Nennstrom der gewählten Sicherung zu gering ist.
• Der Leistungsschalter erzeugt Wärme und löst aus.
• Kommunikationsstörung (einschließlich Beschädigung des Kommunikationserfassungsmoduls der Kombinationsbox)
• Die Anschlussklemmen erhitzen sich, hauptsächlich aufgrund von losen Klemmen und übermäßigem Widerstand.
•  Zweigfehler, wie z. B. Erdschlüsse, Überstrom, Gleichstromlichtbögen usw.

1) Im Allgemeinen fällt das Modul (die Hauptplatine) aufgrund eines mangelhaften Abluftsystems und einer hohen Temperatur im Gehäuse aus.

2) Die Wärmeabgabe des Moduls selbst führt zu einer Überhitzung des Moduls.

3) Problem mit Lüfterschäden

4) Die Sicherung ist durchgebrannt.

5) Ausfall des Rauchmelders

6) Der Schutzschalter hat ausgelöst.

7) Anomaler Startvorgang

8) Erdschluss usw.

1) Erdschluss

2) Verursacht durch Bauarbeiten oder beschädigt durch die Isolierung eines rollenden Fahrzeugs

3) Problem mit Kabelkopfdefekt

4) Die Konstruktion des Konstruktionsinstituts entspricht nicht den tatsächlichen Gegebenheiten, und der Drahtdurchmesser ist zu klein, was zu einer Erwärmung des Kabels führt.

5) Kurzschluss usw.

Bei einer geringen Verlegetiefe des Kabels während der Bauarbeiten, insbesondere wenn der Boden einiger Freiluftkraftwerke aus Kies besteht, kann es leicht passieren, dass das Betriebs- und Wartungsfahrzeug das Kabel beim Vorbeifahren einklemmt und beschädigt.

Das Fundament des Kraftwerks ist abgesackt oder der Boden ist durch Regenwassererosion eingestürzt, wodurch die Stützen ins Wanken geraten sind. Teilweise wurden keine Hochwasserschutzmaßnahmen getroffen. Ölbetriebene Freiluft-Umspannwerke weisen hauptsächlich Probleme wie Ölleckagen, niedrigen Ölstand und Leistungsschalterausfälle auf.

Während des Betriebs des Kraftwerks können die oben genannten häufigen Störungen erneut auftreten oder neue Probleme sichtbar werden. Daher ist es notwendig, die Störungen regelmäßig mithilfe der oben genannten Methoden zu analysieren und zu klassifizieren. Um diesen Störungen entgegenzuwirken, müssen die Inspektionen in Bereichen mit häufigen Störungen verstärkt und die Störungsausfälle so weit wie möglich minimiert werden. Darüber hinaus bietet die Fehlererkennung, -analyse und -behebung dem Betriebs- und Wartungspersonal die Möglichkeit, seine Kompetenzen zu erweitern.

Mit der zunehmenden Größe von Photovoltaik-Kraftwerken in Unternehmensbesitz sind die traditionellen Kraftwerksmanagementmethoden nicht mehr anwendbar. Daher wurde ein speziell für den Betrieb und die Instandhaltung von Kraftwerken entwickeltes System für Kraftwerksbetrieb und -wartung entwickelt. Dieses System reduziert nicht nur die Arbeitsbelastung des Betriebs- und Wartungspersonals, sondern ist auch sehr leistungsstark und kann folgende Aufgaben erfüllen:

Datenerfassung und -analyse (meteorologische Daten, Statistiken zur Stromerzeugung, PR-Analyse, Gerätebetrieb)

Fehlerortung, Alarmzentrale, Fehlermanagement, automatisiertes Berichtsmanagement und weitere Funktionen.

Die Datenerfassung und -analyse bildet dabei den Kern des Betriebs- und Wartungssystems. Zu den erfassten und analysierten Daten gehören:

Daten der Kombinationsbox (Stringstrom, Spannung)

Wechselrichterdaten (Echtzeitspannung, Stromerzeugung, Echtzeitleistung usw.)

Echtzeitdaten von Schlüsselpunkten wie z. B. Kastenumspannwerk, Hochspannungsseite, Netzanschlusspunkt usw.

Das Betriebs- und Wartungssystem basiert auf Echtzeitdaten, was den Betrieb und die Wartung des Kraftwerks effizienter macht und ein sehr effektives technisches Mittel darstellt.

Es muss jedoch betont werden, dass auch bei einem funktionierenden Betriebs- und Wartungssystem die täglichen Inspektionsarbeiten weiterhin notwendig sind!

Manche Probleme stellen Schwachstellen im Betriebs- und Wartungssystem dar, die schwer zu erkennen sind. Beispielsweise fehlt eine effektive Echtzeit-Überwachungsmethode für die Temperatur der Geräteanschlüsse. Um anormale Temperaturpunkte zu identifizieren und potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen, werden die Geräteanschlüsse der Photovoltaikanlage und der Umspannstation mittels Infrarot-Scanning untersucht.