Фотоэлектрический проект в Испании с использованием тонкопленочных модулей, который был подключен к сети в 2007 году.
По мере старения фотоэлектрических установок владельцы и операторы начинают переосмысливать стратегию эксплуатации своих активов. И тогда им приходится выбирать: проводить профилактическое и корректирующее обслуживание этих активов, в зависимости от их электромеханического состояния; или инвестировать в новое оборудование для продления срока службы актива, что предполагает некоторые проблемы.
В каких же случаях реконструкция оправдана? Реконструкция имеет смысл если:
- существует большой технологический скачок между датой подключения к сети и датой модернизации;
- производительность электрической станции снижается из-за ненадлежащей практики эксплуатации и действует тариф на электроэнергию или льготный тариф (FIT);
- произошло естественное старение станции;
- IPP (независимый производитель электроэнергии) планирует унифицировать свой портфель, состоящий из активов, созданных в разные периоды и состоящих из технологий разной природы.
Сценарий 1. Исходная технология устарела и больше не существует.
Это может в том случае, если между первоначальной датой подключения и датой модернизации «произошел большой технологический скачок». Например, рост рынков Испании или Италии пришелся на период с 2006 по 2008 год и с 2009 по 2011 год. В то время при строительстве фотоэлектрических станций, использовались решения, которые сегодня практически не применяются, такие как двухосевые трекеры, кристаллические фотоэлектрические модули на 60 ячеек (размером 1650x990 мм), инверторы с гальваническим разделением, тонкопленочный аморфный кремний или модульная технология CIGS.
Кроме технических факторов, существуют и экономические факторы, которые также оказали влияние на разработку и внедрение фотоэлектрических установок. Например, испанская нормативно-правовая база способствовала тому, что фотоэлектрические станции были разделены на 100-киловаттные участки с отдельными трансформаторами и счетчиками; а высокий спрос на модули в Италии и Испании вынудил многих установщиков приобретать для одной станции мощностью в несколько мегаватт модули различных производителей и технологий для обеспечения необходимого объема. Технические характеристики фотоэлектрических компонентов, доступные в период с 2006 по 2011 год, а также экономические и нормативные факторы определяли характер первых фотоэлектрических станций. Прогресс в области технологий и политических мер привел к тому, что эти стратегии практически исчезли.
Двухосевые трекеры на проекте в Испании, завершенном в 2007 году. Сегодня редко встречается такая стратегия монтажа, но она была распространена в первую волну установки фотоэлектрических станций в Южной Европе.
Сценарий 2. Есть FIT, но станция работает неэффективно.
Поскольку FIT, как правило, гарантирует цену за киловатт-час, произведенный в заранее определенных пределах, недостаточная производительность является серьезной проблемой для экономики проекта.
Недостаточная производительность может быть вызвана многими факторами: неправильной установкой, некачественной продукцией или сочетанием этих двух факторов. К этому могут приводить:
- ненадежные конструкции двухосных трекеров;
- трекеры, основанные на призме, а не на астрономическом слежении, что увеличивает сложность и износ подвижных элементов;
- использование трехполюсных кабелей переменного тока для схем постоянного тока;
- снижение пропускной способности кабеля;
- неправильное обращение с модулями на месте с последующим повреждением ячеек или стекла и задней фольги;
- «свободные контракты» на проектирование, закупку и строительство (EPC), которые не контролировались в процессе строительства и ввода в эксплуатацию;
- отсутствие системы SCADA, которая позволяла бы адекватно контролировать работу станции;
- недостаток знаний о явлениях деградации, таких как PID;
- отсутствие контроля качества при производстве фотоэлектрических модулей.
В Испании и Италии на некоторых станциях, введенных в эксплуатацию до 2011 года, нередко можно увидеть дезориентированные или остановившиеся трекеры, неправильно промаркированные модули, отсоединенные диодные коробки, инверторы с плохой синхронизацией сети или установки, на которых коэффициент полезного действия вообще не контролируются.
Это может быть частично оправдано «спешкой в процессе установки из-за плотного графика строительства и нехватки модулей, а также из-за отсутствия опыта работы в данной сфере». В любом случае, сегодня существует множество фотоэлектрических станций, работающих значительно ниже их возможной производительности, что приводит не только к частичной потере тарифа, но и даже к полной потери тарифа за недостижение минимального порога часов работы, как, например, в Испании.
Тепловизионное изображение показывает, что ячейки в модуле пострадали от потенциальной деградации.
Сценарий 3. Станции «на закате срока эксплуатации».
«Естественное» старение станции оправдывает ее реконструкцию, независимо от недостаточной производительности или дефектов самой конструкции.
Основное внимание уделяется модулям и инверторам, поскольку эти компоненты наиболее тщательно изучены с точки зрения срока их эксплуатации. Через 10-12 лет обычно требуется замена наиболее чувствительных компонентов инвертора (в основном IGBT, конденсаторов и фильтров). В случае цепных инверторов необходима полная замена инвертора; а если это центральный инвертор, то потребуется замена поврежденных частей при сохранении более прочных компонентов, таких как шины, стойки или определенные системы защиты. Высокие температуры и высокое соотношение постоянного и переменного тока, несомненно, сокращают срок службы инверторов. Следовательно, в центрально-европейском климате продолжительность эксплуатации станции дольше по сравнению с влажными тропиками.
Что касается деградации фотоэлектрических модулей, то наблюдаются разные тенденции в зависимости от используемой технологии и местоположения. Такие различия можно увидеть на устоявшихся рынках Германии или Италии и Испании, где развернуто больше всего фотоэлектрических станций, вступивших в последнюю треть срока эксплуатации. Следует отметить, что факторы окружающей среды, которые наиболее часто приводят к деградации, - это высокие температуры и сильное воздействие УФ-излучения, а также их комбинация, что четко прослеживается на примере модулей, установленных в Италии и Испании. Двухосевые трекеры, расположенные на солнечных панелях в этих странах, подвергаются воздействию высоких температур и сильному УФ-излучению ежедневно из-за теоретической перпендикулярности, к которой стремится трекер по отношению к солнечному излучению. Вот почему такие явления, как пожелтение, коррозия сборных шин, известкование или разрушение кабелей и разъемов, часто встречаются на станциях в Италии и Испании и реже наблюдаются в Германии, где двухосные трекеры используются в основном на юге страны, а условия окружающей среды в целом благоприятны для фотоэлектрических компонентов.
Индия.
Индия сегодня рассматривается в качестве четвертого рынка. Срок эксплуатации фотоэлектрических станций в этой стране насчитывает около десяти лет. Все факторы разрушения, описанные выше, появляются в Индии значительно раньше из-за сочетания стрессовых факторов окружающей среды, таких как влажный и жаркий климат, соленость или сильное УФ-излучение. В штатах Раджастан, Гуджарат и Тамил Наду, нередко можно обнаружить признаки ускоренного старения модулей, электрических панелей или инверторов с сопутствующими проблемами изоляции, перегревом из-за скопления пыли, коррозией проводки или растрескиванием задней панели.
Не следует забывать, что гарантии на продукцию, предоставляемые производителями модулей «на заре развития фотоэлектрических технологий», редко превышали пять лет, а единственные сертификаты, требуемые в 90% случаев, ограничивались стандартами IEC 61215 и IEC 61730, которые, безусловно, необходимы, но недостаточны для прогнозирования производительности модулей после первых лет его работы. Таким образом, низкий коэффициент полезного действия - по любой причине - является пустой тратой тарифа и, следовательно, потерей прибыли.
Скорость старения модулей и других компонентов зависит от общего количества действующих одновременно факторов стресса окружающей среды. Распространенность таких факторов - в Южной Италии или в Германии, при фиксированном наклоне или двухосевом слежении - различается. На большинство дефектов, связанных со старением компонентов, не распространяется гарантия на продукцию после окончания гарантийного срока, что особенно было бы актуально для модулей, установленных более десяти лет назад, гарантия на которые ограничивалась пятью годами, в отличие от сегодняшних 12 лет.
Сценарий 4. Унификация портфеля.
«Меловая» деградация задней стенки является обычным явлением для модулей, установленных в жарком климате, например, как в этом проекте в Индии.
При таком сценарии модернизация рассматривается независимым производителем электроэнергии, стремящимся унифицировать портфель, состоящий из активов, приобретенных в разное время и, следовательно, созданных с использованием различных технологий. Речь идет о портфелях из нескольких станций, каждая из которых имеет мощность менее 3 МВт. Обычно в процессе их установки использовались различные технологии:
- маломощные кристаллические модули;
- тонкопленочные модули, которые сейчас не используются, такие как аморфный кремний или CIGS;
- старые инверторы с низким КПД;
- двухосные трекеры с призматическим трекингом и т. д.
Такие «коллекции активов» состоят из станций самых различных размеров и технологий, что, несомненно, усложняет и увеличивает затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M) из-за различных требований к каждой станции и невозможности единого стандартизированного технического обслуживания, которое было бы экономически оправдано из-за эффекта масштаба.
Сочетание одного или нескольких сценариев, описанных выше, на одной станции встречается очень часто и оправдывает ее реконструкцию с точки зрения затрат. Во-первых, это выгодно за счет повышения эффективности компонентов при прямом влиянии на производительность (особенно модулей и инверторов); во-вторых, возможно устранение дефектов установки, что повышает электробезопасность и генерацию энергии; в-третьих, становится выше вероятность снижения затрат на ЭиТО за счет стандартизации и меньшего количества элементов; и, наконец, продлевается срок эксплуатации станции.