关键词：山地光伏电站；组件组串；故障成因；综合治理

摘 要：随着光伏产业向山地等复杂地形拓展，山地光伏电站组件组串故障频发问题逐渐凸显，严重制约电站发电效率与运维效益。本文基于山地光伏环境特性，明确组件组串主要故障类型及分布规律，从环境、设计选型、施工运维三个维度深度剖析故障成因，针对性提出“源头防控-过程保障-长效治理”的全流程综合治理策略，包括前期设计选型优化、施工过程质量管控、运维阶段智能化提升等关键措施，为提升山地光伏电站组件组串运行稳定性、推动山地光伏产业高质量发展提供理论与技术参考。

引言

在“双碳”目标引领下，光伏能源作为清洁能源的重要组成部分，其开发规模持续扩大。受土地资源约束，光伏电站建设逐渐向山地等复杂区域延伸。山地光伏电站虽能有效利用闲置山地资源，但复杂的地形与气候环境导致组件组串故障频发，不仅降低发电效率，增加运维成本，还影响电站长期稳定运行。当前关于光伏组件组串故障的研究多聚焦于平原地区，针对山地特殊环境的系统性研究较为匮乏。基于此，本文深入分析山地光伏电站组件组串故障成因，构建全流程综合治理策略，为山地光伏电站的优化建设与高效运维提供支撑，具有重要的现实意义。

一、山地光伏环境特性与组串故障特征

（一）山地环境特殊性及运行挑战

山地环境具有显著特殊性，给光伏组件组串的稳定运行带来多重挑战。地形方面，地势起伏剧烈且坡向差异较大，导致组件安装角度难以实现统一标准，部分区域易受遮挡影响；同时线缆敷设难度增加，易出现拉扯、弯折等物理损伤问题。气候层面，山地昼夜温差悬殊、空气湿度偏高，且暴雨、大风、冰雹等极端天气多发，会加速组件及各类连接件的老化破损进程。此外，山地植被生长旺盛，易对组件形成遮挡；野生动物活动频繁，可能对组件和线缆造成破坏；加之山地交通条件不便，部分故障区域难以快速抵达开展运维工作，进而导致故障影响范围扩大、持续时间延长。

（二）组串故障类型与分布特征

1.主要故障类型

山地光伏电站组件组串的主要故障类型包括开路故障、短路故障、功率衰减故障及局部阴影故障。其中，开路故障发生概率相对较高，主要表现为组串输出电压为零或显著偏低，多由线缆连接松动、接头氧化、组件封装破损导致内部电路断裂等原因引发；短路故障亦较为常见，表现为组串输出电流异常增大、电压骤降，可能由线缆绝缘层破损、组件表面异物搭接、连接器短路等因素造成，严重时还可能引发火灾等安全隐患；功率衰减故障同样频发，表现为组串输出功率持续下降且超出正常衰减范围，与组件材料老化、环境腐蚀、长期高温暴晒等因素密切相关；局部阴影故障则因山地地形遮挡、植被遮挡等情况引发，导致组串内部分组件受光不足，进而产生“热斑效应”，既会降低组串整体输出功率，还会加速受影响组件的老化损坏[1]。

2.故障分布规律

山地光伏电站组件组串故障分布呈现明显的区域与时段特征。从区域分布来看，不同地形区域的故障发生率存在显著差异，具体数据如表1所示。坡度较大（ ∣> 30^∘ ）的区域故障发生率最高，达 18.7% ，尤其是南向陡坡区域，受暴雨冲刷、土壤流失影响，组件支架稳定性下降，易引发线缆连接松动、组件位移等故障；山间谷地、低洼区域故障发生率为 14.3% ，由于湿度高、通风条件差，组件及连接件易发生腐蚀，开路与短路故障频发；植被茂密区域故障发生率为 11.5% ，以局部阴影故障为主；平缓区域（ <15^∘ ）故障发生率最低，为 6.2% 。

从时段分布来看，极端天气过后（如暴雨、大风、冻融期）是故障高发期，故障发生率较平时高出2-3倍，此时组件、支架、线缆等易受外力损坏或环境侵蚀；夏季高温时段（6-8月），功率衰减故障与热斑故障发生率显著上升，较其他季节高出 40% ；冬季低温冻融时段（12-2月），组件封装开裂、接头松动等故障发生率较其他季节高出 35% 。

表1 不同地形区域组件组串故障发生率

二、山地光伏组串故障成因深度剖析

（一）环境因素

环境因素是山地光伏组件组串故障的核心外部诱因。复杂地形易引发遮挡问题：山地起伏使组件光照差异大，易被山体、植被等遮挡形成局部阴影，诱发热斑故障；组串内组件受光不均（光照强度差异 300-800W/m² ），既降低输出效率，还会因老化速率差异导致性能失衡。同时，地形不规则导致局部气流紊乱，加速组件积尘堆积，高湿度环境下形成的污垢层不仅使光照利用率下降 10‰ 20% ，还可能引发表面腐蚀。

恶劣气候同样关键：高湿度易导致金属部件腐蚀生锈，引发开路故障；昼夜温差大与冻融循环会使封装材料、线缆绝缘层开裂老化，导致短路或开路；暴雨、大风等极端天气会造成组件直接物理损伤（玻璃破碎率0.8%-1.2% 、支架变形率 1.5%-2.0% ）；强紫外线辐射则加速封装材料老化，缩短使用寿命，增加故障概率[2]。

（二）设计与选型先天不足

设计与选型阶段的先天缺陷也是组串故障频发的重要根源。组件选型不匹配问题突出：未结合山地高湿度、低温冻融等特殊环境选适配组件，如高腐蚀区域未用抗腐蚀组件，边框腐蚀故障率高3-4倍；选用低质量组件则因电路、封装缺陷易出现内部断裂、开裂等问题。组串布局设计不合理加剧风险：未考虑地形对光照的影响，安装角度与间距不当加重遮挡；线缆路由避开复杂区域不足，易拉扯弯折影响连接稳定；容量与光照条件不匹配导致功率波动大，加速老化。支架与连接件设计缺陷进一步放大隐患：支架材质未适配风力、土壤承载力，稳定性不足易变形松动；未选用防水抗腐蚀连接件，高湿度环境下氧化腐蚀故障率达 8%-10% ，影响

电路连通性。

（三）施工与运维后天缺陷

施工质量不达标与运维管理不到位是加剧组串故障的后天因素，其中约 10% 故障源于施工问题，约 20% 与运维不当相关。施工不规范直接影响稳定性：组件安装磕碰划伤易破坏封装；线缆连接工艺粗糙、密封不当，易导致接头松动氧化引发开路；支架安装不牢固，山地风力作用下晃动率 2.0%-2.5% ，易变形影响连接稳定；接地系统不完善则无法疏导雷电感应电流，易致组件与电路雷击损坏。运维缺失恶化运行状态：山地交通不便使约 40% 区域巡检周期超1个月，早期隐患难以及时发现；部分运维人员专业不足，故障判断不准、违规维修，不仅无法根治故障，还可能引发新问题。

三、山地光伏组串故障综合治理策略

针对山地光伏组件组串故障成因，构建“源头防控-过程保障-长效治理”的全流程综合治理体系，从前期设计、施工过程到运维阶段全方位提升组串运行稳定性。

（一）前期设计与选型优化（源头防控）

前期设计与选型优化是降低组串故障发生率的源头举措，其中科学的设备选型需严格遵循山地光伏专项要求与规范，结合环境特性精准施策。组件选型方面，除契合山地气候耐候性、抗腐蚀、抗冲击核心需求外，需符合《光伏组件选用技术规范》山地专项条款：高湿度、高腐蚀区域必须选用304及以上材质不锈钢边框组件，可使边框腐蚀故障率降至 0.3%-0.5% ；低温冻融区域组件封装材料玻璃化转变温度需 ⩽-40^∘C ，且通过高低温循环老化测试；同时优先选用通过TÜV、UL等权威认证、连续3年以上无重大质量事故厂家的产品，进场前需完成耐候性抽样复检。

其他核心设备选型需严格对标规范要求：逆变器选用需适配山地光照波动特性，符合《山地光伏逆变器技术要求》，具备宽电压输入范围与抗电磁干扰能力，高海拔区域需选用高原型专用逆变器；汇流箱需采用IP65及以上防护等级，内置防浪涌、防反接保护模块，接线端子选用抗腐蚀铜合金材质。支架与连接件选型除匹配山地风力、土壤承载力外，需符合《光伏支架设计规范》山地版要求，支架材质优先选用Q355B及以上高强度耐候钢或铝合金，经热镀锌 + 喷涂双重防腐处理；连接件必须选用光伏专用防水防腐型号，通过1000小时盐雾测试，确保高湿度环境下连接稳定性，可将氧化腐蚀故障率降至 2%-3% 。

优化组串布局设计需充分调研山地地形、坡度等条件，采用差异化安装策略，调整组件角度与间距减少遮挡，合理规划线缆路由并采用冗余设计，结合光照波动优化组串容量。同时完善防雷接地设计，增设符合山地地形的防雷装置，可使雷击损坏故障率降低 80% 以上。全过程需严格遵循《山地光伏电站设计规范》《光伏电站设备选型通用要求》，确保选型合规性与设计科学性，从源头规避故障风险。

（二）施工过程质量管控（过程保障）

强化施工过程质量管控，确保设计方案有效落地，为组串稳定运行提供过程保障。规范组件安装流程是关键，施工前需对施工人员进行专业培训，明确安装标准与操作规范；安装过程中轻拿轻放组件，避免磕碰、划伤，可使组件封装破坏率控制在 0.5% 以内；严格按照设计要求调整组件安装角度与位置；安装完成后对组件表面进行清洁，检查组件封装是否完好。

提升线缆连接质量需选用与组件、连接件匹配的线缆，确保线缆截面满足载流要求；线缆连接时严格按照工艺标准进行压接，确保接头牢固，同时做好密封防水处理，避免水汽进入接头，可使接头松动故障率降低至1.0%-1.5% ，氧化故障率降低至 1.5%-2.0% ；线缆敷设过程中避免过度拉扯、弯折，采用卡扣、线槽等固定方式，减少线缆磨损。

增设线缆敷设专项规范：地埋敷设需先按设计路由开挖沟槽，沟槽深度 ⩾0.7m （冻土层区域需埋至冻土层以下），底部铺设 10-15cm 厚黄沙垫层找平，线缆穿PE保护管敷设，管间连接密封严实；敷设完成后回填黄沙压实，再覆盖原土层，转角及直线段每隔 30m 设置标识桩。电缆桥架敷设需确保桥架规格匹配线缆数量，安装前检查桥架平整度与牢固性，桥架连接采用螺栓紧固并做好接地处理；线缆敷设时在桥架内有序排列，避免交叉缠绕，每隔 1.5m 设置固定卡扣，转弯处预留足够弧度，防止线缆受力，桥架末端及接头处做好封堵，防止杂物进入。

加强支架安装质量控制需严格检查支架材质与规格是否符合设计要求，安装过程中确保支架固定牢固，做好支架防腐处理；安装完成后对支架稳定性进行检测，支架晃动量 ⩽2mm ，避免出现晃动、变形等问题[3]。

（三）运维阶段智能化提升（长效治理）

1.构建山地适配型智能巡检体系。结合山地地形，采用无人机 + 人工巡检模式，无人机实现 100% 覆盖，效率较纯人工提升5-8倍；搭载高清摄像、热成像设备，精准识别偏远陡坡区域组件热斑、破损等隐患，通过图像识别自动标记故障，降低人工强度与漏检率。

2.搭建全链路数据监测预警平台。在组件组串关键位置部署传感器，实时采集电压、电流、温度等参数，经物联网传输至运维平台；依托大数据分析模型对比历史与实时数据，实现故障早期预警，预判组件老化、连接松动等潜在问题，预警准确率超 85% ，可提前24-48小时处置故障。

3.优化故障处置全流程管理。建立快速响应机制，制定分类型故障标准化处置方案；强化运维人员专业培训，提升故障判断与维修能力；配齐专用设备工具，改善山地交通条件，保障故障处置规范、高效、及时。

4.推行运维流程数字化管控。搭建运维全流程线上管理系统，实现巡检任务派发、故障上报、处置跟踪、验收归档的闭环数字化管理；自动生成运维报表，直观呈现设备运行状态与运维成效，为管理决策提供数据支撑。

5.构建智能安防与应急联动体系。在山地光伏区域部署智能视频监控、红外对射等安防设备，结合AI行为识别算法，实时预警外来入侵、火灾等风险；联动应急指挥平台，一旦发生突发情况，自动推送预警信息并启动对应应急方案，联动救援力量快速处置。

结论

山地光伏电站组件组串故障频发，系环境、设计选型、施工运维多因素共同作用的结果。山地复杂地形与恶劣气候加剧组件与组串损耗，设计选型先天不足埋下故障隐患，施工运维后天缺陷进一步提升故障发生频率。对此，需构建“源头防控-过程保障-长效治理”全流程综合治理体系，通过优化前期设计与选型、管控施工过程质量、提升运维阶段智能化水平等关键措施，有效提升组件组串运行稳定性，降低故障发生率。

参考文献

[1]朱壮华，张卫平，王文彦，等.基于图神经网络的光伏组串故障诊断[J].分布式能源，2024，9（4）：78-85.

[2]徐钰栋，方励云，胡高铭，等.光伏电站故障智能诊断技术与应用[J].区域治理，2024（32）：0181-0183.

[3]高杰.集中式光伏电站电气设备常见故障分析及处理方法[J].电力系统装备，2025（9）.