光伏發電站在紡織企業的應用

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數字化紡紗車間過程中，充分利用屋頂資源，建設1.5 MWp光伏發電站，該發電站總裝機容量為1.521 MWp，年均發電量為1 500 MW·h。所發電量自發自用，余電上網。該項目于2015年10月18日正式并網發電，所發電量供給公司內部使用。

該電站采用“自發自用，余電上網”方案，由22個光伏組件構成1個光伏組串，根據屋面結構布置，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1臺500 kW集中式逆變器將直流電轉換為交流電。電站共設3個光伏發電單元，每兩個光伏發電單元逆變器交流側接入1臺1 000 k VA雙分裂箱式變壓器低壓側，升壓至35 k V。電站共設兩臺1 000 k VA雙分裂箱式變壓器，其中1臺雙分裂變壓器一側低壓繞組暫無負荷接入，留作備用。兩臺雙分裂箱式變壓器35 k V高壓側采用并接匯流方式（第1臺箱變高壓側電纜匯集到第2臺箱變高壓側電纜），接入新建35 kV配電室，經并網柜接入廠區原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電是對可再生的綠色清潔能源的利用，GAI項目符合國家綠色節能政策，現以該1.5 MWp光伏發電站建設實踐進行介紹。

1 南通地區太陽能資源介紹

南通地區主要氣象要素特征值見表1。由表1可知，南通地區的太陽能資源還是較豐富的，同時也比較穩定。

表1 南通地區主要氣象要素特征值表（1971年～2014年）

由于未收集到南通氣象站實測輻射數據，實際使用RETscreen軟件對項目所在地太陽輻射進行計算，所用數據來自美國航天局數據庫。結合表1計算得到場區的水平面總輻射數據見表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據

2 光伏組件

目前市場上主流產品為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，保險絲最大熔斷值20 A，最大系統電壓（DC）1 000 V，短路電流溫度系數0.060%/℃，開路電壓溫度系數—0.34%/℃，峰值功率溫度系數—0.44%/℃，尺寸（長×寬×厚）1 640 mm×992 mm×35 mm，質量18.2 kg，玻璃厚度3.2 mm，標稱工作溫度（45±2）℃，使用環境溫度范圍—40℃～+85℃，最大風荷載/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

在當地海拔高度下，單臺逆變器的額定功率不小于500 k W；工作溫度范圍—25℃～+50℃；并網逆變器的最大效率應不低于98.0%，歐洲效率不應低于97.0%；在110%的負載電流情況下，并網逆變器可以連續可靠工作；逆變器輸出應滿足電網公司有關光伏發電站電能質量的要求［1］；逆變器應配有電網故障保護、防反放電保護、極性反接保護、電網過/欠壓保護、相序保護和輸入電流保護等保護功能、防孤島保護。

3.2 逆變器型號確定

初步設計暫按以下逆變器參數進行計算和布置。逆變器為不帶隔離變類型，構成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范圍（AC）±15%，額定電網頻率50 Hz，保護功能包括過壓保護、短路保護、孤島保護、過熱保護、過載保護、直流接地保護、低電壓穿越保護，功率因數0.9（超前）、0.9（滯后），電流總諧波畸變率小于3%（額定功率），外殼防護等級IP20，允許環境溫度—40℃～+55℃，尺寸（長×寬×高）2 400mm×935 mm×2200 mm，質量2000kg。

4 光伏發電單元接線

4.1 組成組串的組件個數

光伏方陣中，同一光伏組件串中各光伏組件的電性能參數宜保持一致，根據GB 50797—2012《光伏發電站設計規范》計算串聯數［2］。

式中：

K v——光伏組件的開路電壓溫度系數（%/℃）；

K'v——光伏組件的工作電壓溫度系數（%/℃）；

N——光伏組件的串聯數（N取整數）；

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，在此按照規范以光伏組件的開路電壓溫度系數代替。

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

4.2 光伏支架選型

該工程支架擬采用鋁合金導軌，電池組件采用平鋪安裝方案。

4.3 光伏方陣的構成

根據本次選擇的光伏組件尺寸和每串組件的數目，同時結合場址屋頂形式，基本光伏方陣由1個光伏組串，即2×11=22（塊）組件構成，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，整個光伏組串尺寸（長×寬）3 298mm×11 212 mm。

4.4 光伏發電單元接線

光伏發電單元容量：每個光伏發電單元按500 k W設置，具體每個單元的容量會有浮動。光伏發電單元接線：每2臺500 kW逆變器配置1臺1 000 kVA雙分裂變壓器，將逆變器交流側輸出電壓升壓至35 kV輸出。

4.5 光伏發電單元設備選擇

4.5.1 匯流箱數量

每22塊組件組成1個光伏組串，容量為5.72 k Wp；光伏場區采用500 k W逆變器，每臺500 k W逆變器接入約90個光伏組串（具體接入的組串數量根據該逆變器鄰近光伏組串數量及周邊地形進行調整），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行匯流，并通過智能化測控模塊進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連接。

4.5.2 匯流箱技術要求

每路光伏組串使用直流保險絲進行保護，保險絲等級為15 A，保險絲允許工作電壓要求達到直流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、負極對地、正負極之間都應防雷，額定電流不小于15 kA，最大電流不小于40 k A，Up值不應高于3.9 k V；匯流箱應采用性能可靠的霍爾元件，能對每路光伏組串進行電流監測；匯流箱防護等級為IP65。

4.6 光伏發電單元設備布置

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綠化帶內。

4.6.2 光伏方陣及匯流箱布置

（1）光伏方陣布置。該工程裝機容量約為1.5 MWp。每個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。按每個光伏組串至匯流箱的路徑不折返的原則布置。

4.7 光伏發電單元電纜敷設

光伏組件至匯流箱電纜敷設：光伏組件至匯流箱電纜主要采用橋架敷設方式。

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

5 發電量計算

5.1 發電損失率

主要發電量損失率：組件玻璃光學損失2.9%，弱光條件下的發電量損失3.1%，溫度損失0.1%，組件表面污穢對發電量的損失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%，逆變器出口至并網點損失2.5%，場用電損失1.0%，光伏場不可用損失1.0%。

5.2 主要設備

光伏發電站主要設備：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，依據電力設備選型與實用計算［4］，我公司選擇美式箱變。

5.3 第1年發電量計算

通過RETscreen軟件計算，該地區水平面輻射量見表2。根據該輻射量，并考慮電池效率以及其他各項折減，最終計算得到第1年實際上網電量為166.19萬kW·h，系統效率79%。各月發電量見表3。

表3 光伏發電站第一年各月發電量

5.4 第2年～第25年各年發電量及25年平均年發電量

光伏組件的光電轉換效率會隨著時間的推移而降低，根據組件供貨廠家提供的質量保證及企業要求：10年衰減不超過10%，25年衰減不超過20%。以此進行光伏發電站各年發電量計算，計算結果見表4。光伏發電站25年平均年發電量為149.42萬kW·h。25年平均年等效利用小時數為1 260.9 h。

表4 光伏發電站25年內各年均發電量單位：萬kW·h

6 結束語

該公司1.5 MWp光伏發電站已投入正常運行，考慮各項損耗，預計25年發電3 350萬kW·h，折標準煤0.43萬t，減排二氧化碳2.89×104t、二氧化硫234.5 t、粉塵117 t。該電站項目對保護環境，減少大氣污染具有一定的作用，節能減排效果顯著。

該電站從投入運行至今已經累計發電700萬k W·h，全部電量為公司內部使用，按電價0.83元/（kW·h），政策收益0.42元/（kW·h）計，已產生875萬元的經濟收益。充分利用紡織企業屋面建設光伏發電站，符合國家能源發展政策，大力發展光伏發電站仍有很大的優勢和潛力，建議推廣應用。