Khi nhà máy năng lượng mặt trời được xây dựng, nó cần được vận hành hiệu quả và bảo trì cẩn thận. So với các công nghệ sản xuất điện khác, các nhà máy điện mặt trời có yêu cầu bảo trì và bảo dưỡng thấp.
Tuy nhiên, như tổ chức IFC cảnh báo, việc bảo trì nhà máy điện mặt trời đúng cách là điều cần thiết để tối đa hóa cả năng suất và tuổi thọ hữu ích của nhà máy. Các hoạt động tối ưu phải đạt được sự cân bằng giữa tối đa hóa sản lượng điện và tối thiểu hóa chi phí.
Thật vậy, trong khi năng lượng mặt trời hầu như không cần bảo trì so với các nguồn phát điện khác, thì các nhà máy năng lượng mặt trời là các khoản đầu tư có khả năng kéo dài từ 20 – 25 năm trở lên, và đó là lý do để đạt được con số ROI chính xác , người ta cần giải quyết các vấn đề vận hành và bảo trì.
Do đó, trước khi chuyển sang quy trình thực tế và các giai đoạn bảo trì và vận hành, người ta cần hiểu các vấn đề liên quan đến hoạt động của nhà máy năng lượng mặt trời. Đương nhiên, chúng có thể được chia thành các nhóm theo các thành phần chính của nhà máy.
Các vấn đề vận hành bảo trì trong Nhà máy điện mặt trời
1. Suy thoái tự nhiên
Tất cả các pin mặt trời xuống cấp tự nhiên theo thời gian, bất kể chúng ở trong môi trường nào. Đây được gọi là suy thoái tự nhiên và hoàn toàn bình thường đối với tất cả các tế bào pin mặt trời để trải qua khi vận hành. Tùy thuộc vào vật liệu, tốc độ xuống cấp có thể khác nhau. Điều này rất quan trọng để tính đến việc lập ngân sách và lập kế hoạch đầu tư.
Sau đây bảng tóm tắt các mức suy thoái của tấm pin mặt trời được làm bằng vật liệu khác nhau. Rõ ràng các tấm pin mặt trời được sử dụng được làm từ tinh thể silicon có tỷ lệ suy thoái hàng năm thấp nhất.
Suy thoái tự nhiên không thể được ngăn chặn, nhưng phải được tính đến trong quá trình lập kế hoạch. Nó cũng có thể được bảo hành. Thông thường, các công ty sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời cung cấp bảo hành nếu tỷ lệ xuống cấp vượt quá số lượng nhất định, ví dụ, nếu nó nhiều hơn 0,6% – 0,8%, tùy thuộc vào công ty cụ thể. Chất lượng pin càng cao, sự xuống cấp tự nhiên càng ít.
Tỷ lệ xuống cấp phải được cân nhắc với chi phí và tiện ích của các vật liệu cụ thể mà từ đó các mô hình năng lượng mặt trời được tạo ra. Biểu đồ sau đây, do Scandia Labs cung cấp , thể hiện các ước tính về Chi phí vận hành hệ thống điện mặt trời quy mô nối lưới trung bình, theo Công nghệ ($ / kWAC-yr), bao gồm các loại vật liệu tấm pin mặt trời khác nhau, cũng như các loại trục xoay khác nhau được trang bị. Ở đây, một lần nữa, tinh thể silicon nổi bật nhất, trái ngược với các loại pin quang điện hội tụ sử dụng thấu kính và gương cong để tập trung ánh sáng mặt trời vào pin mặt trời.
- CdTe – cadmium Telluride;
- CIGS – đồng indium gallium selenide;
- c-Si – silic tinh thể;
- SAT – dàn xoay trục đơn;
- ĐẠT – dàn xoay trục kép;
- CPV – quang điện hội tụ.
2. Tiếp đất và chống sét
Nhà máy năng lượng mặt trời PV là một cấu trúc có kích thước đáng kể, đó là lý do tại sao hệ thống chống sét phải được thực hiện đúng. Cấp độ bảo vệ đầu tiên là hệ thống gắn trên mặt đất, theo đó hệ thống tiếp đất chuyển hướng năng lượng từ sét xuống mặt đất và cách xa các tấm pin. Tùy thuộc vào nền tảng, các hình thức nối đất khác nhau có thể được sử dụng, như được tóm tắt trong bảng sau đây do Viện nghiên cứu Desert cung cấp
Lưu ý rằng dây dẫn bằng đồng có thể được đóng hộp, và nhôm không được phép chôn vào đất. Nó cũng quan trọng để sử dụng cùng một loại kim loại trong cả hệ thống nối đất và trong các thiết bị bảo vệ, để tránh ăn mòn.
Ngay cả với một hệ thống nối đất thích hợp, các hệ pin mặt trời vẫn có thể gặp rủi ro do sét. Ngay cả sau khi năng lượng sét đã được xả xuống mặt đất, nó vẫn có thể gây ra sự đột biến năng lượng trong dãy các tấm pin mặt trời, đó là lý do tại sao một thiết bị bảo vệ tăng áp được sử dụng. Trong một số trường hợp, nếu hệ thống nối đất đủ hiệu quả để giảm năng lượng sét đánh thì thiết bị này không cần thiết.
Trong hệ thống năng lượng mặt trời, tiếp đất và chống sét là điều tất yếu cần phải có. Nhằm bảo vệ các thiết bị tránh được sự gia tăng đột biến năng lượng.
Đối với thiết bị Inverter Growatt, nếu như không có hệ thống tiếp đất cho biến tần, thì Inverter sẽ báo lỗi hiển thị trên màn hình LCD và sẽ không hoạt động.
3. Lỗi thiết bị (tấm pin, bộ biến tần, dàn xoay)
3.1. Bảng điều khiển nứt.
Các thiết bị khác nhau của nhà máy năng lượng mặt trời có thể bị hỏng trong quá trình hoạt động. Đầu tiên, các tấm pin có thể bị nứt, ngay cả các tấm mới, nếu chúng bị hỏng trong quá trình sản xuất. Các vết nứt vi mô không phải lúc nào cũng rõ ràng và đó là lý do tại sao các tấm pin mới phải được kiểm tra và phải bảo hành. Các vết nứt có thể dẫn đến hỏng cả tấm pin, hoặc làm mất hiệu quả tối ưu.
3.2. Sự đổi màu thị giác.
Sự đổi màu thị giác là một khiếm khuyết phổ biến khác làm giảm lượng ánh sáng mặt trời xâm nhập vào pin mặt trời. Do đó, pin mặt trời ít tiếp xúc với bức xạ mặt trời và tạo ra ít năng lượng hơn. Lý do nó dẫn đến mất hiệu quả là vì các bảng màu khác nhau làm thay đổi bước sóng ánh sáng có thể bị hấp thụ. Như trong trường hợp nứt bảng, không thể thực hiện được nhiều khi bảng bị đổi màu, do đó các tấm pin mặt trời phải được vận hành và bảo trì cẩn thận.
3.3. Điểm nóng.
Trái với quan điểm sai lệch phổ biến, các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả nhất khi chúng đạt được bức xạ mặt trời tối đa, chứ không phải nhiệt độ tối đa. Hoàn toàn ngược lại, nhiệt độ cao thực sự có thể làm hỏng các tấm pin mặt trời, dẫn đến sự xuất hiện của các điểm nóng. Điểm nóng xảy ra khi một tấm pin bị đổ bóng, hư hỏng, hoặc được đấu nối sai dẫn tới giảm công suất. Vì các tế bào pin mặt trời được gắn vào các chuỗi, chỉ cần một điểm nóng có thể dẫn đến nhiều tế bào hoạt động kém. Để giải quyết vấn đề này, tất cả các phần bị đổ bóng nên được loại bỏ và các kết nối điện phải được tối ưu hóa.
3.4. Lỗi biến tần
Nói chung, lỗi biến tần là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự cố hệ thống trong các nhà máy điện mặt trời. Do đó, việc bảo trì bộ biến tần theo lịch trình nên được coi là một phần quan trọng trung tâm của chiến lược O & M.
Lỗi biến tần phần lớn nguyên nhân là do các tác động bên ngoài ( dòng DC,AC, MÔI TRƯỜNG,…) làm ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị bên trong bộ biến tần. Biến tần là nơi tiếp nhận và phân tích lỗi của hệ thống năng lượng mặt trời đến người dùng. Do đó người vận hành có thể nhận biết lỗi của hệ thống năng lượng mặt trời thông qua biến tần.
3.5. Dàn xoay và hướng pin mặt trời.
Hướng xoay tấm pin là một vấn đề cho các hệ thống năng lượng mặt trời cố định. Nó đòi hỏi sự siêng năng của người sử dụng để đảm bảo các tấm pin có hướng xoay lý tưởng. Tương tự, hệ thống dàn xoay cũng cần được kiểm tra bảo trì. Những kiểm tra này sẽ được nêu trong tài liệu của nhà sản xuất và được xác định trong các điều kiện bảo hành. Nói chung, kiểm tra sẽ bao gồm kiểm tra hao mòn trên các bộ phận chuyển động, bảo dưỡng động cơ hoặc bộ truyền động, kiểm tra tính toàn vẹn của cáp điều khiển và dây nguồn, bảo dưỡng hộp số và đảm bảo mức chất lỏng bôi trơn phù hợp. Sự liên kết và định vị của hệ thống dàn xoay cũng cần được kiểm tra để đảm bảo rằng nó hoạt động tối ưu.
3.6. Hệ thống khung đỡ.
Việc lắp ráp mô-đun, ống dẫn cáp và bất kỳ cấu trúc nào khác được xây dựng cho nhà máy điện mặt trời nên được kiểm tra định kỳ về tính toàn vẹn cơ học và các dấu hiệu ăn mòn. Điều này sẽ bao gồm kiểm tra các cơ sở cấu trúc hỗ trợ để tìm bằng chứng xói mòn do nước chảy.
4. Điều kiện thời tiết (tuyết, gió, đất).
Cuối cùng, tùy thuộc vào điều kiện môi trường, các tấm pin phải được bảo vệ khỏi gió, tuyết và đất (trong khu vực bụi). Thường xuyên làm sạch và bảo trì sẽ là đủ trong những trường hợp này. Thông thường các tấm silicon tinh thể được chế tạo bằng thủy tinh chống phản xạ, trong suốt, không phản quang, có thể chịu được cú bắn thử nghiệm của một quả bóng băng có đường kính 35mm với tốc độ 30 m / s. Tuổi thọ của chúng lên đến 25 năm, với 10 năm hoạt động được đảm bảo.
Một nghiên cứu ở Ấn Độ chỉ ra, bụi phủ có thể làm giảm hiệu suất hệ thống pin mặt trời tới 50%. giảm công suất cực đại tới 18%
5. Các vấn đề khác
Các yêu cầu bảo trì đột xuất phổ biến khác bao gồm nhưng không giới hạn ở:
- Thắt chặt các kết nối cáp đã nới lỏng.
- Thay thế cầu chì.
- Thắt chặt các kết nối cáp đã nới lỏng.
- Thay thế cầu chì.
- Sửa chữa hư hỏng sét.
- Sửa chữa thiết bị bị hư hỏng bởi những kẻ xâm nhập hoặc trong quá trình làm sạch mô-đun.
- Khắc phục lỗi SCADA.
- Sửa chữa kết cấu lắp đặt lỗi.
- Khắc phục lỗi hệ thống dàn xoay.
Phương pháp và hoạt động của O & M
Bảo trì có thể được chia thành hai phần:
- Bảo trì theo lịch trình: Được lên kế hoạch trước và nhằm mục đích ngăn ngừa lỗi, cũng như đảm bảo rằng nhà máy được vận hành ở mức tối ưu.
- Bảo trì không theo quy định: Thực hiện để đối phó với hỏng hóc.
Một cách khác để phân loại các phương pháp tiếp cận bảo trì vận hành nhà máy điện mặt trời là chia chúng thành ba loại, mỗi loại có sự đánh đổi lợi ích chi phí và hồ sơ rủi ro khác nhau:
- Bảo trì phòng ngừa (PM) bao gồm kiểm tra thường xuyên và bảo dưỡng thiết bị – ở tần số được xác định theo loại thiết bị, điều kiện môi trường và điều khoản bảo hành trong thỏa thuận dịch vụ O & M – để ngăn ngừa sự cố và tổn thất sản xuất không cần thiết. Cách tiếp cận đang ngày càng trở nên phổ biến vì khả năng nhận thức của nó để giảm xác suất ngừng hoạt động của hệ thống điện mặt trời ngoài dự kiến. Tuy nhiên, chi phí trả trước liên quan đến các chương trình PM là vừa phải và cấu trúc cơ bản của PM có thể tạo ra hoạt động lao động không cần thiết nếu không được thiết kế tối ưu.
- Bảo trì khắc phục hoặc phản ứng giải quyết các nhu cầu sửa chữa thiết bị và sự cố sau khi xảy ra và, do đó, được thiết lập để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Tiêu chuẩn ngành công nghiệp lịch sử, phương pháp “hỏng-sửa” này cho phép chi phí trả trước thấp, nhưng cũng có nguy cơ hỏng hóc thiết bị cao hơn và kèm theo chi phí cao hơn cho phụ trợ (có lẽ phải trả phí khi đàm phán các điều khoản bảo hành mở rộng). Không cần một lượng bảo trì phản ứng nhất định trong suốt vòng đời 20 năm của nhà máy, nó có thể được giảm bớt thông qua các chiến lược bảo trì dựa trên điều kiện và bảo dưỡng dựa trên điều kiện (CBM) chủ động hơn.
- Bảo trì dựa trên điều kiện (CBM) sử dụng dữ liệu thời gian thực để lường trước những thất bại và ưu tiên các hoạt động và tài nguyên bảo trì. Một số lượng lớn các nhà tích hợp và nhà cung cấp chìa khóa trao tay của bên thứ ba đang thiết lập các chế độ CBM để mang lại hiệu quả O & M cao hơn. Tuy nhiên, sự gia tăng hiệu quả đi kèm với một mức giá trả trước cao với các yêu cầu phần mềm và phần mềm giám sát và truyền thông. Hơn nữa, tính mới tương đối của CBM có thể tạo ra những thách thức trong quá trình bảo trì một phần do giám sát sự cố của thiết bị và / hoặc thu thập dữ liệu thất thường.
Bảo trì phòng ngừa (PM) bao gồm các hoạt động sau:
- Làm sạch tấm pin
- Thoát nước
- Quản lý thực vật
- Vận hành thử nghiệm (xác định và giải quyết các vấn đề đã phát triển trong suốt cuộc đời của hệ thống điện mặt trời.)
- Phòng chống động vật hoang dã
- Bảo trì hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu (ví dụ: thiết bị điện tử, cảm biến)
- Bảo trì hệ thống phát điện (ví dụ: Phục vụ biến tần, Kiểm tra BOS, Bảo trì theo dõi)
- Bảo trì công trường (ví dụ: an ninh, sửa chữa đường / hàng rào, tuân thủ môi trường, dọn tuyết, v.v.).
Bảo trì khắc phục / phản ứng thường bao gồm:
- Giám sát tại chỗ
- Sửa chữa phản ứng không quan trọng (giải quyết các vấn đề xuống cấp sản xuất)
- Sửa chữa phản ứng quan trọng (ưu tiên cao, giải quyết các vấn đề tổn thất sản xuất)
- Thực thi bảo hành
Bảo trì dựa trên điều kiện (CBM) thường bao gồm Giám sát hoạt động – Thay thế thiết bị tùy chọn từ xa và tại chỗ (Có kế hoạch và không có kế hoạch) và Thực thi bảo hành (Có kế hoạch và không có kế hoạch).
