在劳丽GUEVARA-STONE

和克里斯托弗·伯吉斯

2017年的飓风季节是历史上最活跃的飓风季节之一。飓风“哈维”、“厄玛”和“玛丽亚”给整个加勒比地区带来了广泛的破坏。这些严重的风暴不仅给该地区的人们造成了情感上的损失，关键基础设施的中断还导致许多社区长时间没有水电等基本服务。

在一些岛屿上，如波多黎各、美属维尔京群岛和巴布达，光伏(PV)系统遭到严重破坏，甚至完全失效。然而，其他光伏系统，如安装在英属维尔京群岛、特克斯和凯科斯群岛的光伏系统圣Eustatius，并在第二天继续发电。

落基山研究所(RMI)的最新报告，风暴下的太阳能:选择弹性地面安装光伏系统与飓风暴露的最佳实践，讨论了由飓风引起的光伏系统故障的根本原因，并描述了建设更具弹性的光伏发电厂的建议。

加勒比海的太阳能

在过去几十年里，加勒比地区的电力主要由进口燃料油或柴油发电，并通过架空线路在各岛屿之间输送。然而，近年来，光伏发电已经在家庭、企业、工业、政府设施和公用事业中得到了补充。事实上，加勒比地区超过一半的电力公司已经拥有或运营光伏发电作为其发电组合的一部分。在屋顶、车棚和大片土地上安装了至少225兆瓦(MW)的太阳能，光伏是许多加勒比岛屿增长最快的能源来源。

尽管在许多岛屿上，光伏系统可以提供比进口燃料更有弹性、更可靠的低成本能源，但在面对重大自然灾害时，它并不是万无一失的。2017年的飓风给许多加勒比岛屿带来了超过每小时180英里的持续风速。2017年秋季，RMI派遣了专家结构工程团队前往加勒比地区，调查为什么一些光伏系统几乎毫发无损，而另一些却遭受了广泛的破坏。

公共属性

团队注意到故障系统之间的相似之处，包括模块卡箍故障、机架尺寸过小、螺栓尺寸过小且扭矩不足、缺少螺栓锁定解决方案以及缺乏横向机架支撑。另一方面，幸存下来的系统通过螺栓(没有夹具)、带锁定解决方案的螺栓和横向机架支撑模块。

然而，仅仅根据观察到的破坏模式来制定飓风弹性指南有局限性。观察到的失效模式可能起到了“机械引信”的作用，减轻了系统的压力。如果未来的系统只处理那些观察到的故障，那么外力可能会导致附加的故障模式。为了解决观察到的和潜在的故障模式，我们使用了一种常用的可靠性工具，用于系统因果关系识别，称为鱼骨图。该图表显示了供应链中通过光伏项目的设计、建造和运营的关键要素(见下图2)。我们在2017年秋天观察到的最关键的失败原因用粗体标出了。

飓风复原力的建议

的太阳风暴下报告将我们的建议分为两类:(1)规范，(2)协作。在可能的情况下，规范是基于性能的，以提供最具成本效益和弹性的解决方案。协作建议确定了提高弹性的机会，需要多方考虑和采取行动，但不代表行业标准行动。

规范包括:

• 使用高负荷光伏模块(5,400 Pa)
• 要求进行结构工程审查和风洞报告审查
• 详细说明螺栓硬件锁紧解决方案和螺栓质量控制流程
• 指定通过螺栓连接的模块，而不是自上而下或T型夹
• 要求结构工程师检查横向荷载
• 不使用自攻螺丝
• 规定双柱墩基础

协作建议包括与模块供应商、机架供应商和其他设备供应商合作，以实施正确的测试，并确保设备与工程计算中使用的假设一致。

或许最恰当的建议是，让地区乃至国际上的光伏电厂利益相关者定期分享新设计和极端风事件的经验教训。为此，我们组成了一个光伏弹性工作组在由CARILEC主办的在线加勒比可再生能源社区(CAREC)上进行连接、创新和合作。

增加弹性的额外成本

计算执行报告中建议的额外成本取决于具体的项目和地点。然而，我们估计，与标准的IV级安装相比，在加勒比东部合适的土壤和平坦地形上的1兆瓦地面安装项目，如果采用这些最佳实践，将导致工程、采购和建设(EPC)成本增加约5%。

这些额外的成本以劳动力的形式出现，需要额外的时间通过螺栓模块和安装更多的基础和机架支持。还有额外的材料成本(机架支架、双立柱和紧固件)，以及额外的工程和施工监督的小成本。

根据RMI的岛屿能源计划最近在加勒比地区采购的1兆瓦地面安装系统，实施最佳弹性实践将在预算中增加大约9万美元的EPC成本。总体项目价格上涨的幅度相当于2017年至2018年模块价格的差异，而对于2018年晚些时候采购模块的加勒比项目，价格下跌可能会在年底前完全抵消额外的弹性缓解成本。

幸存的暴风雨

对加勒比地区来说，利用光伏发电是一种经济有效且可靠的解决方案。整个地区都有主要的项目计划，不仅要在公用事业规模上将光伏发电添加到电网中，而且还要为关键设施安装光伏和电池系统，如水处理厂、飓风庇护所、学校、医院和电信节点。然而，随着飓风的强度和数量的增加，公用事业、监管机构、工程专业人员和光伏系统开发商和安装人员必须了解最佳的工程、设计、交付和操作实践，以确保这些安装能够生存下来。

而太阳风暴下报告不能预测所有可能的故障和因此而产生的缓解战略，它提供了一套关于设备和程序规范的最佳做法，以及一个实践社区内继续合作的框架。我们希望通过分享最佳实践，并通过与设计师、供应商和制造商的持续合作，我们可以提高太阳能系统在飓风中的可靠性和存活率，并确保加勒比地区的人们为他们的电网、家庭、企业提供弹性和可靠的电力，以及未来几十年的关键设施。

©2018落基山学院。允许转载。这个最初出现在RMI出口．