Processo de Geração de Energia Fotovoltaica Causas Comuns de Falhas e Soluções

1. Breve Introdução ao Processo de Geração de Energia Fotovoltaica

O processo operacional da geração de energia fotovoltaica é o seguinte: primeiro, painéis solares individuais são conectados em série para formar módulos fotovoltaicos, e os módulos são arranjados em paralelo através de caixas de combinação para formar uma matriz fotovoltaica. A energia solar é convertida em corrente contínua (CC) pela matriz fotovoltaica, e então convertida em corrente alternada trifásica (CA) através de um inversor trifásico (CC - CA). Subsequentemente, com a ajuda de um transformador elevador, é convertida em CA que atende aos requisitos da rede elétrica pública e conectada diretamente à rede elétrica pública para uso por equipamentos elétricos e despacho remoto.

2. Classificação de Falhas Operacionais Comuns na Geração de Energia Fotovoltaica
2.1 Falhas Operacionais das Estações Elevadoras

As falhas operacionais das estações elevadoras incluem principalmente falhas em linhas de transmissão, falhas de barramento, falhas de transformadores, falhas em interruptores de alta tensão e equipamentos auxiliares, e falhas em dispositivos de proteção relé.

2.2 Falhas Operacionais Comuns nas Áreas Fotovoltaicas

As falhas operacionais nas áreas fotovoltaicas são mais comumente causadas por construção e instalação irregulares, levando a falhas nos painéis solares, strings e caixas de combinação; ou falhas causadas por instalação e comissionamento inadequados dos inversores, bem como falhas em equipamentos auxiliares de transformadores elevadores; e falhas formadas devido à negligência na inspeção de pessoal e falha em detectar perigos ocultos de forma oportuna.

2.3 Falhas de Comunicação e Automação
Falhas de comunicação e automação podem não afetar imediatamente a geração de energia dos equipamentos, mas trarão desvantagens para a análise operacional, a detecção e eliminação de defeitos nos equipamentos. Elas também podem tornar os equipamentos incapazes de serem operados remotamente, criando riscos para a segurança da produção. Se não forem levadas a sério, podem levar à expansão de acidentes.

2.4 Falhas Causadas por Região e Ambiente

Tais falhas se manifestam principalmente como: assentamento de fundações de solo mole causa deformação de equipamentos e dificuldade de operação, e distância de segurança insuficiente causa aterramento e curto-circuito elétrico; neblina salina corrói equipamentos elétricos, e evaporação de vapor de água causa obstrução e degradação da isolação de equipamentos; animais pequenos entram em equipamentos elétricos e causam curtos-circuitos, etc.

3. Análise das Causas de Falhas Comuns

Teoricamente, diversos acidentes e falhas graves podem ser prevenidos, mas na prática, acidentes de segurança na produção de energia ainda ocorrem de tempos em tempos, e falhas e defeitos de equipamentos são comuns. As razões são as seguintes:

• Na fase inicial do projeto, especialmente em projetos fotovoltaicos iniciais, existem defeitos congênitos. Porque o processo de geração de energia fotovoltaica é simples e intuitivo, a construção foi realizada às pressas, e faltava experiência perfeita para referência.

• A pressa no prazo de construção torna difícil controlar rigorosamente a gestão técnica da equipe de construção, e o processo e especificações de construção não atendem aos padrões, deixando riscos ocultos para a operação posterior.

• Não há mecanismo maduro de inspeção operacional, tornando difícil identificar a qualidade dos fornecedores de equipamentos, resultando em baixa confiabilidade e alta taxa de falhas dos equipamentos em operação.

• A qualidade do pessoal não acompanha o desenvolvimento. A maioria dos funcionários de operação e manutenção fotovoltaica são novos empregados, aprendendo enquanto trabalham; algumas empresas dependem de funcionários antigos de usinas termelétricas para "treinar novos funcionários com velhos", e os novos funcionários têm deficiências em análise operacional, detecção de anomalias, eliminação de defeitos e capacidades de tratamento de acidentes.

4. Soluções

As soluções técnicas para falhas operacionais comuns em usinas fotovoltaicas são as seguintes:

• Comece desde a origem, e na fase inicial do projeto, faça um plano de design completo, detalhado, científico e otimizado, combinado com a situação real do local.

• Fortaleça a gestão de infraestrutura de todo o processo, verifique rigorosamente as qualificações, e preste atenção especial à qualidade e especificações do processo.

• Controle rigorosamente o acesso de equipamentos, e mantenha firmemente fora os equipamentos não qualificados.

• Fortaleça a educação do senso de responsabilidade do pessoal e o cultivo de capacidades técnicas. Implementar esses 4 pontos pode reduzir efetivamente a incidência de falhas comuns.

4.1 Falhas Comuns e Tratamento das Estações Elevadoras

As falhas das estações elevadoras pertencem a falhas elétricas gerais, e os princípios e métodos de tratamento são semelhantes para empresas de diferentes tipos de geração de energia. Em particular, a falta de energia no barramento e o disparo de linha farão com que o local inteiro perca energia para uma estação elevadora de barramento único e circuito único; para projetos fotovoltaicos, o inversor precisa iniciar a proteção de ilha e parar a operação. Os operadores e pessoal de serviço precisam:

• Confirmar o suprimento de energia da fábrica, verificar a entrada do suprimento de energia de emergência, e garantir o funcionamento normal dos sistemas DC e de comunicação.

• Verificar a ação dos dispositivos de proteção, esclarecer o tipo de ação, e analisar a possibilidade de falhas.

• Verificar o sistema primário, encontrar o ponto de falha, cooperar com o despacho, tomar medidas de segurança para eliminar defeitos, e restaurar a operação o mais rápido possível.

4.2 Falhas Comuns e Causas nas Áreas Fotovoltaicas

As causas de falhas operacionais nas áreas fotovoltaicas são principalmente as seguintes:

• Durante a construção de infraestrutura, a instalação e ligação dos painéis solares não são firmes, alguns conectores não usam conectores especiais, os parafusos na caixa de combinação não estão apertados, e o bloqueio é incompleto ou de má qualidade.

• A instalação e comissionamento de equipamentos não são sérios e adequados. A instalação, ligação e comissionamento de inversores e transformadores elevadores são responsabilidades de diferentes pessoas, e falta coordenação unificada, portanto, as falhas tendem a ocorrer frequentemente.

• Falhas causadas por características ambientais regionais, como neblina salina em planícies costeiras corroendo equipamentos, causando flashover de poluição em cabos e isoladores, degradação da isolação e curtos-circuitos em equipamentos.

• Falhas causadas por operação de longo prazo se manifestam como afrouxamento causado pela rotação e vibração de equipamentos, como falhas dos ventiladores de resfriamento de transformadores e inversores, afrouxamento do limite de travamento da porta da grade do transformador de caixa, e afrouxamento dos parafusos de fixação e fileiras de terminais da caixa de combinação.

4.3 Prevenção de Falhas Comuns na Operação Fotovoltaica

Falhas de estações elevadoras ou equipamentos em áreas fotovoltaicas pertencem a falhas de equipamentos elétricos. Para prevenção, é necessário:

• Implementar a exigência de que a infraestrutura sirva à produção, e garantir a qualidade e não deixar riscos ocultos durante a entrega da construção.

• Em operação, implementar ativamente a supervisão técnica, e tomar medidas preventivas antecipadamente de acordo com as características do local.

• Fortalecer a educação do senso de responsabilidade dos funcionários e o cultivo de capacidades de análise de problemas.

4.4 Fenômenos e Tratamento de Falhas Comuns na Operação Fotovoltaica

Após a comissão e o teste de operação normal dos equipamentos na área fotovoltaica, as falhas difíceis de detectar geralmente ocorrem no trecho dos painéis solares até as caixas de combinação. Não há fenômenos óbvios na fase inicial, mas a perda de potência continua. Um amperímetro de pinça pode ser usado para medir a corrente de operação de cada string, encontrar a string com falha, e então verificar se é um problema de fusível, falha do painel solar, ou problema como dano na linha de conexão da string, e tratar de maneira oportuna.

4.4.1 Falhas de Caixa de Combinação

Falhas comuns de caixas de combinação incluem desprendimento de bloqueio, falhas de módulo de comunicação, e aquecimento e até incêndio devido ao afrouxamento de terminais e parafusos.
O tratamento no local é principalmente inspeção. Durante a "inspeção de primavera", o bloqueio é reparado, e os parafusos dos terminais da caixa de combinação são apertados, o que pode aliviar basicamente o problema de aquecimento no verão.

4.4.2 Falhas de Inversor

As falhas de inversor geralmente se manifestam como desligamento e incapacidade de auto-início, ocorrendo principalmente na fase inicial de comissionamento; após o período de rodagem, a maioria delas são falhas de dissipação de calor (sobreaquecimento), ou danos de acessórios e falhas de software.
A chave para a prevenção e tratamento de falhas de inversor está na limpeza diária da tela de filtro, garantindo a dissipação de calor, fortalecendo a inspeção dos ventiladores de resfriamento, e reparando e substituindo quando anormalidades forem encontradas.

4.4.3 Falhas de Transformador Elevador

A tecnologia de transformadores é madura, e a taxa de falha de transformadores secos é extremamente baixa em condições normais. Falhas comuns incluem bloqueio inadequado levando à entrada de pequenos animais, falhas de ventilador de resfriamento, e afrouxamento do travamento da porta de grade de segurança do corpo principal. Em áreas costeiras e projetos complementares de pesca-solar, as cabeças de cabo, cabos e para-raios de interruptores de alta tensão de transformadores elevadores são itens de inspeção-chave. Uma vez que uma falha ocorra, ela fará com que toda a linha de coleta pare de operar.
A prevenção e tratamento de falhas de transformadores elevadores ainda dependem da inspeção diária adequada e da implementação oportuna do trabalho de supervisão técnica para prevenir problemas antes que eles ocorram.