فرآیند تولید برق از انرژی خورشیدی مشکلات رایج علل و راه‌حل‌ها

1. مقدمه اجمالی بر فرآیند تولید برق فتوولتائیک

فرآیند عملیاتی تولید برق فتوولتائیک به شرح زیر است: ابتدا پانل‌های خورشیدی منفرد به صورت سری به هم متصل می‌شوند تا ماژول‌های فتوولتائیک را تشکیل دهند و این ماژول‌ها از طریق جعبه‌های ترکیبی به صورت موازی مرتب می‌شوند تا آرایه فتوولتائیک را تشکیل دهند. انرژی خورشیدی توسط آرایه فتوولتائیک به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌شود و سپس از طریق یک مبدل سه‌فاز (DC - AC) به جریان متناوب سه‌فاز تبدیل می‌شود. سپس با کمک یک ترانسفورماتور افزاینده، به جریان متناوبی که با نیازهای شبکه برق عمومی سازگار است تبدیل می‌شود و مستقیماً به شبکه برق عمومی متصل می‌شود تا توسط تجهیزات الکتریکی و توزیع دوردست استفاده شود.

2. طبقه‌بندی خطاهای عملیاتی معمول در تولید برق فتوولتائیک
2.1 خطاهای عملیاتی ایستگاه‌های افزاینده

خطاهای عملیاتی ایستگاه‌های افزاینده عمدتاً شامل خطاهای خطوط انتقال، خطاهای شین، خطاهای ترانسفورماتور، خطاهای شیرهای بالادست و تجهیزات کمکی و خطاهای دستگاه‌های محافظ رله‌ای می‌باشد.

2.2 خطاهای عملیاتی معمول در مناطق فتوولتائیک

خطاهای عملیاتی در مناطق فتوولتائیک بیشتر به دلیل ساخت و نصب غیرمنظم، منجر به خطاهای پانل‌های خورشیدی، زنجیره‌ها و جعبه‌های ترکیبی می‌شوند؛ یا خطاهای ناشی از نصب و تنظیم نامناسب مبدل‌ها، همچنین خطاهای تجهیزات کمکی ترانسفورماتورهای افزاینده؛ و خطاهایی که به دلیل غفلت در بازرسی کارکنان و عدم شناسایی به موقع خطرات پنهان شکل می‌گیرند.

2.3 خطاهای ارتباطی و خودکار
خطاهای ارتباطی و خودکار ممکن است برای مدتی تولید برق تجهیزات را تحت تاثیر قرار ندهند، اما مزیت‌های عملیاتی، شناسایی و حذف خطاهای تجهیزات را کاهش می‌دهند. آنها ممکن است تجهیزات را قادر به کنترل دوردست نکنند و خطراتی برای تولید ایمن ایجاد کنند. اگر جدی گرفته نشوند، می‌توانند منجر به گسترش حوادث شوند.

2.4 خطاهای ناشی از منطقه و محیط

این خطاهای عمدتاً به صورت زیر ظاهر می‌شوند: تغییر شکل تجهیزات و مشکلات عملیاتی ناشی از فرونشست بنیادهای خاک نرم، و فاصله ایمنی کافی که منجر به زمین‌کشی و کوتاه‌شدن الکتریکی می‌شود؛ فرسودگی تجهیزات الکتریکی ناشی از نمک دریا، و بخار آب که منجر به ته‌نشینی و کاهش عایق‌بندی تجهیزات می‌شود؛ و ورود حیوانات کوچک به تجهیزات الکتریکی و ایجاد کوتاه‌شدن، و غیره.

3. تحلیل دلایل خطاهای معمول

در نظریه، می‌توان از وقوع همه حوادث و خطاهای بزرگ جلوگیری کرد، اما در عمل، حوادث ایمنی تولید برق هنوز گاهی اوقات رخ می‌دهند و خطاهای تجهیزات و معایب معمول هستند. دلایل آن عبارتند از:

• در مرحله اولیه طراحی، به ویژه در پروژه‌های فتوولتائیک اولیه، معایب ذاتی وجود دارد. چون فرآیند تولید برق فتوولتائیک ساده و قابل فهم است، ساخت در گذشته به سرعت انجام می‌شد و تجربه کاملی برای مراجعه موجود نبود.

• سرعت ساخت باعث می‌شود که کنترل دقیق مدیریت فنی تیم ساخت دشوار شود و فرآیند و استانداردهای ساخت با استانداردهای مورد نیاز همخوانی نداشته باشد و خطرات پنهانی برای عملیات بعدی ایجاد کند.

• عدم وجود یک مکانیسم بازرسی عملیاتی رسیده به سن، باعث می‌شود که کیفیت تأمین‌کنندگان تجهیزات شناسایی شود و این امر منجر به قابلیت اطمینان ضعیف و نرخ خرابی بالای تجهیزات در عملیات می‌شود.

• کیفیت کارکنان با توسعه همراه نیست. بیشتر کارکنان نگهداری و تعمیر فتوولتائیک کارمندان جدید هستند که در حال یادگیری هستند؛ برخی از شرکت‌ها به کارمندان قدیمی از نیروگاه‌های حرارتی تکیه می‌کنند تا "کارمندان جدید را با کارمندان قدیمی" آموزش دهند، و کارمندان جدید در تحلیل عملیات، شناسایی وضعیت‌های غیرعادی، حذف معایب و مدیریت حوادث نقص دارند.

4. راه‌حل‌ها

راه‌حل‌های فنی برای خطاهای عملیاتی معمول در نیروگاه‌های فتوولتائیک به شرح زیر است:

• از منبع شروع کنید و در مرحله اولیه طراحی، طرح طراحی کامل، دقیق، علمی و بهینه‌سازی شده‌ای را با توجه به شرایط فعلی محل ارائه دهید.

• مدیریت زیرساخت‌های کلی را تقویت کنید، بررسی صلاحیت‌ها را به صورت دقیق انجام دهید و به کیفیت و استانداردهای فرآیند توجه کنید.

• کنترل دسترسی تجهیزات را به صورت دقیق انجام دهید و تجهیزات نامناسب را از دسترس خارج کنید.

• آموزش حس مسئولیت کارکنان و تقویت توانایی‌های فنی را تقویت کنید. اجرای این ۴ نقطه می‌تواند به طور موثری بروز خطاهای معمول را کاهش دهد.

4.1 خطاهای معمول و رسیدگی به ایستگاه‌های افزاینده

خطاهای ایستگاه‌های افزاینده به خطاهای الکتریکی عمومی تعلق دارند و اصول و روش‌های رسیدگی برای شرکت‌های مختلف تولید انرژی مشابه است. به ویژه، قطع برق شین و خطوط انتقال می‌تواند باعث قطع برق کلی محل برای ایستگاه‌های افزاینده تک شین تک خط شود؛ برای پروژه‌های فتوولتائیک، مبدل باید حفاظت جزیره‌ای را شروع کرده و عملیات را متوقف کند. کارکنان عملیاتی و نوبتی باید:

• منبع برق را تأیید کنند، ورودی منبع برق پشتیبان را بررسی کنند و اطمینان حاصل کنند که سیستم‌های DC و ارتباطات به طور عادی کار می‌کنند.

• عملکرد دستگاه‌های محافظ را تأیید کنند، نوع عملکرد را مشخص کنند و احتمال بروز خطا را تحلیل کنند.

• سیستم اولیه را بررسی کنند، نقطه خطا را پیدا کنند، با توزیع همکاری کنند، اقدامات ایمنی را اتخاذ کنند تا معایب را حذف کنند و به سرعت عملیات را بازگردانند.

4.2 خطاهای معمول و دلایل در مناطق فتوولتائیک

دلایل خطاهای عملیاتی در مناطق فتوولتائیک عمدتاً به شرح زیر هستند:

• در طی ساخت زیرساخت‌ها، نصب و سیم‌کشی پانل‌های خورشیدی محکم نیست، برخی اتصالات از کانکتورهای تخصصی استفاده نمی‌کنند، پیچ‌های داخل جعبه ترکیبی محکم نیستند و بلوک‌بندی ناقص یا کیفیت پایین است.

• نصب و تنظیم تجهیزات جدی و کامل نیست. نصب، سیم‌کشی و تنظیم مبدل‌ها و ترانسفورماتورهای افزاینده توسط کارکنان مختلف انجام می‌شود و نقص هماهنگی یکپارچه وجود دارد، بنابراین خطاهای مکرر رخ می‌دهند.

• خطاهای ناشی از ویژگی‌های محیطی منطقه‌ای، مانند فرسودگی تجهیزات ناشی از نمک دریا در ساحل‌های کرانه‌ای، که منجر به آلودگی و کوتاه‌شدن کابل‌ها و عایق‌بندی و کاهش عایق‌بندی تجهیزات می‌شود.

• خطاهای ناشی از عملیات بلندمدت به صورت لرزش و آزاد شدن تجهیزات، مانند خطاهای موتورهای خنک‌کننده ترانسفورماتورها و مبدل‌ها، آزاد شدن محدودیت قفل درب شبکه ترانسفورماتور جعبه‌ای و آزاد شدن پیچ‌های محکم‌کننده و ردیف‌های اتصال جعبه‌های ترکیبی.

4.3 پیشگیری از خطاهای معمول در عملیات فتوولتائیک

خطاهای ایستگاه‌های افزاینده یا تجهیزات در مناطق فتوولتائیک همه به خطاهای تجهیزات الکتریکی تعلق دارند. برای پیشگیری، لازم است:

• نیاز به اینکه زیرساخت‌ها به تولید خدمات رسانی کنند و اطمینان حاصل کنند که کیفیت در هنگام ساخت بدون خطرات پنهان تحویل داده شود.

• در عملیات، نظارت فنی را به صورت فعال اعمال کنید و بر اساس ویژگی‌های محل، اقدامات پیشگیرانه اتخاذ کنید.

• آموزش حس مسئولیت کارکنان و تقویت توانایی‌های تحلیل مسائل را تقویت کنید.

4.4 پدیده‌ها و رسیدگی به خطاهای معمول در عملیات فتوولتائیک

پس از نرمال بودن تکمیل و آزمایش عملیاتی تجهیزات در منطقه فتوولتائیک، خطاهایی که شناسایی آن‌ها دشوار است غالباً در بخش بین پانل‌های خورشیدی تا جعبه‌های ترکیبی رخ می‌دهند. در مرحله اولیه هیچ پدیده مشخصی وجود ندارد، اما از دست دادن توان ادامه دارد. می‌توان از آمپرمتر کلیپ استفاده کرد تا جریان عملیاتی هر زنجیره را اندازه‌گیری کند، زنجیره خراب را پیدا کند و سپس بررسی کند که آیا مشکل از فیوز، خرابی پانل خورشیدی یا مشکلی مانند خرابی خط اتصال زنجیره است و به طور موثر آن را حل کند.

4.4.1 خطاهای جعبه‌های ترکیبی

خطاهای معمول جعبه‌های ترکیبی شامل رها شدن بلوک‌ها، خطاهای ماژول ارتباطی و گرم شدن و حتی آتش‌سوزی ناشی از آزاد شدن ترمینال‌ها و پیچ‌ها می‌باشد.
رسیدگی در محل عمدتاً شامل بازرسی است. در طی "بازرسی بهاری"، بلوک‌ها تعمیر می‌شوند و پیچ‌های ترمینال جعبه‌های ترکیبی محکم می‌شوند که می‌تواند به طور کلی مشکل گرم شدن در تابستان را برطرف کند.

4.4.2 خطاهای مبدل

خطاهای مبدل غالباً به صورت خاموش شدن و عدم توانایی خودراه‌اندازی ظاهر می‌شوند، بیشتر در مرحله اولیه تنظیم رخ می‌دهند؛ پس از دور گرم شدن، بیشتر خطاهای تخلیه گرما (بیش از حد گرم شدن)، خرابی قطعات جانبی یا خطاهای نرم‌افزاری هستند.
کلید پیشگیری و رسیدگی به خطاهای مبدل در تمیز کردن روزانه صفحه فیلتر، تضمین تخلیه گرما، تقویت بازرسی موتورهای خنک‌کننده و تعمیر و تعویض به موقع در صورت شناسایی ناهماهنگی‌ها است.

4.4.3 خطاهای ترانسفورماتورهای افزاینده

فناوری ترانسفورماتورها پخته شده است و نرخ خرابی ترانسفورماتورهای خشک تحت شرایط عادی بسیار کم است. خطاهای معمول شامل ورود حیوانات کوچک به دلیل بلوک‌بندی نامناسب، خطاهای موتورهای خنک‌کننده و آزاد شدن قفل درب شبکه اصلی است. در مناطق ساحلی و پروژه‌های مکمل ماهی‌گیری و خورشیدی، سرپایی کابل‌ها، کابل‌ها و ممانعت‌کننده‌های زنده‌کننده شیرهای بالادست ترانسفورماتورهای افزاینده موضوعات بازرسی مهم هستند. هر گاه خطا رخ دهد، می‌تواند باعث قطع کل خط جمع‌آوری شود.
پیشگیری و رسیدگی به خطاهای ترانسفورماتورهای افزاینده همچنان به بازرسی روزانه صحیح و اجرای به موقع کارهای نظارت فنی بستگی دارد تا مشکلات قبل از وقوع آن‌ها پیشگیری شود.