光伏發(fā)電站在紡織企業(yè)的應(yīng)用

萬 鋒

（江蘇南通二棉有限公司，江蘇南通，226000）

江蘇南通某公司在建設(shè)數(shù)字化紡紗車間過程中，充分利用屋頂資源，建設(shè)1.5 MWp光伏發(fā)電站，該發(fā)電站總裝機(jī)容量為1.521 MWp，年均發(fā)電量為1 500 MW·h。所發(fā)電量自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。該項(xiàng)目于2015年10月18日正式并網(wǎng)發(fā)電，所發(fā)電量供給公司內(nèi)部使用。

該電站采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”方案，由22個(gè)光伏組件構(gòu)成1個(gè)光伏組串，根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)布置，9串至16串不等接入智能防雷匯流箱，由直流匯流箱匯集至直流柜，經(jīng)1臺500 kW集中式逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。電站共設(shè)3個(gè)光伏發(fā)電單元，每兩個(gè)光伏發(fā)電單元逆變器交流側(cè)接入1臺1 000 k VA雙分裂箱式變壓器低壓側(cè)，升壓至35 k V。電站共設(shè)兩臺1 000 k VA雙分裂箱式變壓器，其中1臺雙分裂變壓器一側(cè)低壓繞組暫無負(fù)荷接入，留作備用。兩臺雙分裂箱式變壓器35 k V高壓側(cè)采用并接匯流方式（第1臺箱變高壓側(cè)電纜匯集到第2臺箱變高壓側(cè)電纜），接入新建35 kV配電室，經(jīng)并網(wǎng)柜接入廠區(qū)原35 kV配電室。

太陽能是一種資源豐富的清潔能源。利用光伏電池組件接收太陽光照發(fā)電是對可再生的綠色清潔能源的利用，GAI項(xiàng)目符合國家綠色節(jié)能政策，現(xiàn)以該1.5 MWp光伏發(fā)電站建設(shè)實(shí)踐進(jìn)行介紹。

1 南通地區(qū)太陽能資源介紹

南通地區(qū)主要?dú)庀笠靥卣髦狄姳?。由表1可知，南通地區(qū)的太陽能資源還是較豐富的，同時(shí)也比較穩(wěn)定。

表1 南通地區(qū)主要?dú)庀笠靥卣髦当恚?971年～2014年）

由于未收集到南通氣象站實(shí)測輻射數(shù)據(jù)，實(shí)際使用RETscreen軟件對項(xiàng)目所在地太陽輻射進(jìn)行計(jì)算，所用數(shù)據(jù)來自美國航天局?jǐn)?shù)據(jù)庫。結(jié)合表1計(jì)算得到場區(qū)的水平面總輻射數(shù)據(jù)見表2。得知全年輻射總量為1 382.400 kW·h/m2。

表2 各月水平面總輻射數(shù)據(jù)

2 光伏組件

目前市場上主流產(chǎn)品為250 Wp～260 Wp多晶硅光伏電池組件。該電站采用尚德260 Wp多晶硅光伏電池組件。光伏方陣場區(qū)域布置光伏組件5 852塊。

尚德260 Wp多晶硅光伏電池組件性能參數(shù)如下：額定輸出功率260 W，額定功率偏差（0～+5%）W，組件效率16%，工作電壓Vmpp 30.9 V，工作電流Impp 8.42 A，開路電壓Voc 37.7 V，短路電流Isc 8.89 A，保險(xiǎn)絲最大熔斷值20 A，最大系統(tǒng)電壓（DC）1 000 V，短路電流溫度系數(shù)0.060%/℃，開路電壓溫度系數(shù)—0.34%/℃，峰值功率溫度系數(shù)—0.44%/℃，尺寸（長×寬×厚）1 640 mm×992 mm×35 mm，質(zhì)量18.2 kg，玻璃厚度3.2 mm，標(biāo)稱工作溫度（45±2）℃，使用環(huán)境溫度范圍—40℃～+85℃，最大風(fēng)荷載/最大雪荷載2 400 Pa，10年功率衰降9.3%，25年功率衰降19.8%。

3 逆變器選擇

該光伏發(fā)電站海拔高度6 m，極端最高氣溫38.6℃，最低氣溫—6.9℃。

3.1 逆變器性能要求

在當(dāng)?shù)睾０胃叨认?，單臺逆變器的額定功率不小于500 k W；工作溫度范圍—25℃～+50℃；并網(wǎng)逆變器的最大效率應(yīng)不低于98.0%，歐洲效率不應(yīng)低于97.0%；在110%的負(fù)載電流情況下，并網(wǎng)逆變器可以連續(xù)可靠工作；逆變器輸出應(yīng)滿足電網(wǎng)公司有關(guān)光伏發(fā)電站電能質(zhì)量的要求［1］；逆變器應(yīng)配有電網(wǎng)故障保護(hù)、防反放電保護(hù)、極性反接保護(hù)、電網(wǎng)過/欠壓保護(hù)、相序保護(hù)和輸入電流保護(hù)等保護(hù)功能、防孤島保護(hù)。

3.2 逆變器型號確定

初步設(shè)計(jì)暫按以下逆變器參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和布置。逆變器為不帶隔離變類型，構(gòu)成1 MW單元所需變壓器為雙分裂類型，自帶直流配電單元，不含功率單元模塊化，額定功率（AC）500 k W，最大輸出功率550 kW，最大輸出電流（AC）916 A，最大逆變器效率98.7%，歐洲效率98.4%，最大直流輸入電壓1 000 V，最大直流輸入電流1 200 A，MPPT電壓（DC）450 V～850 V，出口線電壓（AC）315 V，允許出口線電壓波動(dòng)范圍（AC）±15%，額定電網(wǎng)頻率50 Hz，保護(hù)功能包括過壓保護(hù)、短路保護(hù)、孤島保護(hù)、過熱保護(hù)、過載保護(hù)、直流接地保護(hù)、低電壓穿越保護(hù)，功率因數(shù)0.9（超前）、0.9（滯后），電流總諧波畸變率小于3%（額定功率），外殼防護(hù)等級IP20，允許環(huán)境溫度—40℃～+55℃，尺寸（長×寬×高）2 400mm×935 mm×2200 mm，質(zhì)量2000kg。

4 光伏發(fā)電單元接線

4.1 組成組串的組件個(gè)數(shù)

光伏方陣中，同一光伏組件串中各光伏組件的電性能參數(shù)宜保持一致，根據(jù)GB 50797—2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算串聯(lián)數(shù)［2］。

式中：

K v——光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)（%/℃）；

K'v——光伏組件的工作電壓溫度系數(shù)（%/℃）；

N——光伏組件的串聯(lián)數(shù)（N取整數(shù)）；

t——光伏組件工作條件下的極限低溫（℃）；

t'——光伏組件工作條件下的極限高溫（℃）；

V dcmax——逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）；

V mpptmax——逆變器MPPT電壓最大值（V）；

V mpptmin——逆變器MPPT電壓最小值（V）；

V oc——光伏組件的開路電壓（V）；

V pm——光伏組件的工作電壓（V）。

由于僅收集到該地區(qū)歷年最高氣溫和最低氣溫，未收集到光伏組件工作條件下的極限低溫和極限高溫，故在此暫按歷年極端氣溫—6.9℃和+38.6℃考慮。

一般較少有廠家提供光伏組件的工作電壓溫度系數(shù)，在此按照規(guī)范以光伏組件的開路電壓溫度系數(shù)代替。

通過公式（1）計(jì)算得到N≤23.9，通過公式（2）計(jì)算得到15.2≤N≤23.9，該工程每串光伏組件數(shù)量選擇為22塊。

4.2 光伏支架選型

該工程支架擬采用鋁合金導(dǎo)軌，電池組件采用平鋪安裝方案。

4.3 光伏方陣的構(gòu)成

根據(jù)本次選擇的光伏組件尺寸和每串組件的數(shù)目，同時(shí)結(jié)合場址屋頂形式，基本光伏方陣由1個(gè)光伏組串，即2×11=22（塊）組件構(gòu)成，組件尺寸（長×寬）1 634 mm×992 mm，每塊組件間相距30 mm，11列、2排布置，整個(gè)光伏組串尺寸（長×寬）3 298mm×11 212 mm。

4.4 光伏發(fā)電單元接線

光伏發(fā)電單元容量：每個(gè)光伏發(fā)電單元按500 k W設(shè)置，具體每個(gè)單元的容量會(huì)有浮動(dòng)。光伏發(fā)電單元接線：每2臺500 kW逆變器配置1臺1 000 kVA雙分裂變壓器，將逆變器交流側(cè)輸出電壓升壓至35 kV輸出。

4.5 光伏發(fā)電單元設(shè)備選擇

4.5.1 匯流箱數(shù)量

每22塊組件組成1個(gè)光伏組串，容量為5.72 k Wp；光伏場區(qū)采用500 k W逆變器，每臺500 k W逆變器接入約90個(gè)光伏組串（具體接入的組串?dāng)?shù)量根據(jù)該逆變器鄰近光伏組串?dāng)?shù)量及周邊地形進(jìn)行調(diào)整），1號、2號500 kW逆變器配置5臺16路智能防雷匯流箱和1臺12路智能防雷匯流箱，3號500 k W逆變器配置4臺16路智能防雷匯流箱和2臺12路智能防雷匯流箱，智能防雷匯流箱將各路光伏太陽能電池組串直流電進(jìn)行匯流，并通過智能化測控模塊進(jìn)行測量和故障分析定位，最后通過防雷器與斷路器后輸出與逆變器直流側(cè)連接。

4.5.2 匯流箱技術(shù)要求

每路光伏組串使用直流保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)，保險(xiǎn)絲等級為15 A，保險(xiǎn)絲允許工作電壓要求達(dá)到直流1 000 V及以上；總輸出要求使用能夠承受工作電壓1 000 V的直流斷路器；要求使用光伏專用高壓防雷器［3］，正極對地、負(fù)極對地、正負(fù)極之間都應(yīng)防雷，額定電流不小于15 kA，最大電流不小于40 k A，Up值不應(yīng)高于3.9 k V；匯流箱應(yīng)采用性能可靠的霍爾元件，能對每路光伏組串進(jìn)行電流監(jiān)測；匯流箱防護(hù)等級為IP65。

4.6 光伏發(fā)電單元設(shè)備布置

4.6.1 逆變器及箱變布置

逆變器采用集裝箱式、戶外安裝，逆變器及箱變安裝于新型紡三車間北側(cè)綠化帶內(nèi)。

4.6.2 光伏方陣及匯流箱布置

（1）光伏方陣布置。該工程裝機(jī)容量約為1.5 MWp。每個(gè)多晶硅光伏組件串由22片260 Wp太陽能光伏組件組成，組件串功率5.72 kW，共采用260 Wp多晶硅電池組件5 852片。光伏組件采用沿屋頂鍍鋁鋅板平鋪方式，屋頂鍍鋁鋅板坡度為0.05。

（2）匯流箱布置。按每個(gè)光伏組串至匯流箱的路徑不折返的原則布置。

4.7 光伏發(fā)電單元電纜敷設(shè)

光伏組件至匯流箱電纜敷設(shè)：光伏組件至匯流箱電纜主要采用橋架敷設(shè)方式。

匯流箱至逆變器電纜敷設(shè)：匯流箱至逆變器直流側(cè)電纜主要采用橋架方式，根據(jù)匯流箱距逆變器距離的遠(yuǎn)近，分別采用ZRC-YJV 32-2×50 mm2、ZRC-YJV 32-2×70 mm2的電纜。

5 發(fā)電量計(jì)算

5.1 發(fā)電損失率

主要發(fā)電量損失率：組件玻璃光學(xué)損失2.9%，弱光條件下的發(fā)電量損失3.1%，溫度損失0.1%，組件表面污穢對發(fā)電量的損失3.2%，組件匹配損失2.1%，直流匯集線損1.5%，逆變器損失1.5%，逆變器出口至并網(wǎng)點(diǎn)損失2.5%，場用電損失1.0%，光伏場不可用損失1.0%。

5.2 主要設(shè)備

光伏發(fā)電站主要設(shè)備：260 Wp電池組件5 852塊，S11-1 000 kVA/36.75 kV箱變2臺，1 000 kW（含直流柜）集裝箱式逆變器1臺，500 kW（含直流柜）集裝箱式逆變器1臺，16in1直流匯流箱14臺，12in1直流匯流箱4臺。

箱變的選擇：為提高供電可靠性，依據(jù)電力設(shè)備選型與實(shí)用計(jì)算［4］，我公司選擇美式箱變。

5.3 第1年發(fā)電量計(jì)算

通過RETscreen軟件計(jì)算，該地區(qū)水平面輻射量見表2。根據(jù)該輻射量，并考慮電池效率以及其他各項(xiàng)折減，最終計(jì)算得到第1年實(shí)際上網(wǎng)電量為166.19萬kW·h，系統(tǒng)效率79%。各月發(fā)電量見表3。

表3 光伏發(fā)電站第一年各月發(fā)電量

5.4 第2年～第25年各年發(fā)電量及25年平均年發(fā)電量

光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低，根據(jù)組件供貨廠家提供的質(zhì)量保證及企業(yè)要求：10年衰減不超過10%，25年衰減不超過20%。以此進(jìn)行光伏發(fā)電站各年發(fā)電量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。光伏發(fā)電站25年平均年發(fā)電量為149.42萬kW·h。25年平均年等效利用小時(shí)數(shù)為1 260.9 h。

表4 光伏發(fā)電站25年內(nèi)各年均發(fā)電量單位：萬kW·h

6 結(jié)束語

該公司1.5 MWp光伏發(fā)電站已投入正常運(yùn)行，考慮各項(xiàng)損耗，預(yù)計(jì)25年發(fā)電3 350萬kW·h，折標(biāo)準(zhǔn)煤0.43萬t，減排二氧化碳2.89×104t、二氧化硫234.5 t、粉塵117 t。該電站項(xiàng)目對保護(hù)環(huán)境，減少大氣污染具有一定的作用，節(jié)能減排效果顯著。

該電站從投入運(yùn)行至今已經(jīng)累計(jì)發(fā)電700萬k W·h，全部電量為公司內(nèi)部使用，按電價(jià)0.83元/（kW·h），政策收益0.42元/（kW·h）計(jì)，已產(chǎn)生875萬元的經(jīng)濟(jì)收益。充分利用紡織企業(yè)屋面建設(shè)光伏發(fā)電站，符合國家能源發(fā)展政策，大力發(fā)展光伏發(fā)電站仍有很大的優(yōu)勢和潛力，建議推廣應(yīng)用。