光伏发电站在纺织企业的应用

万 锋

（江苏南通二棉有限公司，江苏南通，226000）

江苏南通某公司在建设数字化纺纱车间过程中，充分利用屋顶资源，建设1.5 MWp光伏发电站，该发电站总装机容量为1.521 MWp，年均发电量为1 500 MW·h。所发电量自发自用，余电上网。该项目于2015年10月18日正式并网发电，所发电量供给公司内部使用。

该电站采用“自发自用，余电上网”方案，由22个光伏组件构成1个光伏组串，根据屋面结构布置，9串至16串不等接入智能防雷汇流箱，由直流汇流箱汇集至直流柜，经1台500 kW集中式逆变器将直流电转换为交流电。电站共设3个光伏发电单元，每两个光伏发电单元逆变器交流侧接入1台1 000 k VA双分裂箱式变压器低压侧，升压至35 k V。电站共设两台1 000 k VA双分裂箱式变压器，其中1台双分裂变压器一侧低压绕组暂无负荷接入，留作备用。两台双分裂箱式变压器35 k V高压侧采用并接汇流方式（第1台箱变高压侧电缆汇集到第2台箱变高压侧电缆），接入新建35 kV配电室，经并网柜接入厂区原35 kV配电室。

太阳能是一种资源丰富的清洁能源。利用光伏电池组件接收太阳光照发电是对可再生的绿色清洁能源的利用，GAI项目符合国家绿色节能政策，现以该1.5 MWp光伏发电站建设实践进行介绍。

1 南通地区太阳能资源介绍

南通地区主要气象要素特征值见表1。由表1可知，南通地区的太阳能资源还是较丰富的，同时也比较稳定。

表1 南通地区主要气象要素特征值表（1971年～2014年）

由于未收集到南通气象站实测辐射数据，实际使用RETscreen软件对项目所在地太阳辐射进行计算，所用数据来自美国航天局数据库。结合表1计算得到场区的水平面总辐射数据见表2。得知全年辐射总量为1 382.400 kW·h/m2。

表2 各月水平面总辐射数据

2 光伏组件

目前市场上主流产品为250 Wp～260 Wp多晶硅光伏电池组件。该电站采用尚德260 Wp多晶硅光伏电池组件。光伏方阵场区域布置光伏组件5 852块。

尚德260 Wp多晶硅光伏电池组件性能参数如下：额定输出功率260 W，额定功率偏差（0～+5%）W，组件效率16%，工作电压Vmpp 30.9 V，工作电流Impp 8.42 A，开路电压Voc 37.7 V，短路电流Isc 8.89 A，保险丝最大熔断值20 A，最大系统电压（DC）1 000 V，短路电流温度系数0.060%/℃，开路电压温度系数—0.34%/℃，峰值功率温度系数—0.44%/℃，尺寸（长×宽×厚）1 640 mm×992 mm×35 mm，质量18.2 kg，玻璃厚度3.2 mm，标称工作温度（45±2）℃，使用环境温度范围—40℃～+85℃，最大风荷载/最大雪荷载2 400 Pa，10年功率衰降9.3%，25年功率衰降19.8%。

3 逆变器选择

该光伏发电站海拔高度6 m，极端最高气温38.6℃，最低气温—6.9℃。

3.1 逆变器性能要求

在当地海拔高度下，单台逆变器的额定功率不小于500 k W；工作温度范围—25℃～+50℃；并网逆变器的最大效率应不低于98.0%，欧洲效率不应低于97.0%；在110%的负载电流情况下，并网逆变器可以连续可靠工作；逆变器输出应满足电网公司有关光伏发电站电能质量的要求［1］；逆变器应配有电网故障保护、防反放电保护、极性反接保护、电网过/欠压保护、相序保护和输入电流保护等保护功能、防孤岛保护。

3.2 逆变器型号确定

初步设计暂按以下逆变器参数进行计算和布置。逆变器为不带隔离变类型，构成1 MW单元所需变压器为双分裂类型，自带直流配电单元，不含功率单元模块化，额定功率（AC）500 k W，最大输出功率550 kW，最大输出电流（AC）916 A，最大逆变器效率98.7%，欧洲效率98.4%，最大直流输入电压1 000 V，最大直流输入电流1 200 A，MPPT电压（DC）450 V～850 V，出口线电压（AC）315 V，允许出口线电压波动范围（AC）±15%，额定电网频率50 Hz，保护功能包括过压保护、短路保护、孤岛保护、过热保护、过载保护、直流接地保护、低电压穿越保护，功率因数0.9（超前）、0.9（滞后），电流总谐波畸变率小于3%（额定功率），外壳防护等级IP20，允许环境温度—40℃～+55℃，尺寸（长×宽×高）2 400mm×935 mm×2200 mm，质量2000kg。

4 光伏发电单元接线

4.1 组成组串的组件个数

光伏方阵中，同一光伏组件串中各光伏组件的电性能参数宜保持一致，根据GB 50797—2012《光伏发电站设计规范》计算串联数［2］。

式中：

K v——光伏组件的开路电压温度系数（%/℃）；

K'v——光伏组件的工作电压温度系数（%/℃）；

N——光伏组件的串联数（N取整数）；

t——光伏组件工作条件下的极限低温（℃）；

t'——光伏组件工作条件下的极限高温（℃）；

V dcmax——逆变器允许的最大直流输入电压（V）；

V mpptmax——逆变器MPPT电压最大值（V）；

V mpptmin——逆变器MPPT电压最小值（V）；

V oc——光伏组件的开路电压（V）；

V pm——光伏组件的工作电压（V）。

由于仅收集到该地区历年最高气温和最低气温，未收集到光伏组件工作条件下的极限低温和极限高温，故在此暂按历年极端气温—6.9℃和+38.6℃考虑。

一般较少有厂家提供光伏组件的工作电压温度系数，在此按照规范以光伏组件的开路电压温度系数代替。

通过公式（1）计算得到N≤23.9，通过公式（2）计算得到15.2≤N≤23.9，该工程每串光伏组件数量选择为22块。

4.2 光伏支架选型

该工程支架拟采用铝合金导轨，电池组件采用平铺安装方案。

4.3 光伏方阵的构成

根据本次选择的光伏组件尺寸和每串组件的数目，同时结合场址屋顶形式，基本光伏方阵由1个光伏组串，即2×11=22（块）组件构成，组件尺寸（长×宽）1 634 mm×992 mm，每块组件间相距30 mm，11列、2排布置，整个光伏组串尺寸（长×宽）3 298mm×11 212 mm。

4.4 光伏发电单元接线

光伏发电单元容量：每个光伏发电单元按500 k W设置，具体每个单元的容量会有浮动。光伏发电单元接线：每2台500 kW逆变器配置1台1 000 kVA双分裂变压器，将逆变器交流侧输出电压升压至35 kV输出。

4.5 光伏发电单元设备选择

4.5.1 汇流箱数量

每22块组件组成1个光伏组串，容量为5.72 k Wp；光伏场区采用500 k W逆变器，每台500 k W逆变器接入约90个光伏组串（具体接入的组串数量根据该逆变器邻近光伏组串数量及周边地形进行调整），1号、2号500 kW逆变器配置5台16路智能防雷汇流箱和1台12路智能防雷汇流箱，3号500 k W逆变器配置4台16路智能防雷汇流箱和2台12路智能防雷汇流箱，智能防雷汇流箱将各路光伏太阳能电池组串直流电进行汇流，并通过智能化测控模块进行测量和故障分析定位，最后通过防雷器与断路器后输出与逆变器直流侧连接。

4.5.2 汇流箱技术要求

每路光伏组串使用直流保险丝进行保护，保险丝等级为15 A，保险丝允许工作电压要求达到直流1 000 V及以上；总输出要求使用能够承受工作电压1 000 V的直流断路器；要求使用光伏专用高压防雷器［3］，正极对地、负极对地、正负极之间都应防雷，额定电流不小于15 kA，最大电流不小于40 k A，Up值不应高于3.9 k V；汇流箱应采用性能可靠的霍尔元件，能对每路光伏组串进行电流监测；汇流箱防护等级为IP65。

4.6 光伏发电单元设备布置

4.6.1 逆变器及箱变布置

逆变器采用集装箱式、户外安装，逆变器及箱变安装于新型纺三车间北侧绿化带内。

4.6.2 光伏方阵及汇流箱布置

（1）光伏方阵布置。该工程装机容量约为1.5 MWp。每个多晶硅光伏组件串由22片260 Wp太阳能光伏组件组成，组件串功率5.72 kW，共采用260 Wp多晶硅电池组件5 852片。光伏组件采用沿屋顶镀铝锌板平铺方式，屋顶镀铝锌板坡度为0.05。

（2）汇流箱布置。按每个光伏组串至汇流箱的路径不折返的原则布置。

4.7 光伏发电单元电缆敷设

光伏组件至汇流箱电缆敷设：光伏组件至汇流箱电缆主要采用桥架敷设方式。

汇流箱至逆变器电缆敷设：汇流箱至逆变器直流侧电缆主要采用桥架方式，根据汇流箱距逆变器距离的远近，分别采用ZRC-YJV 32-2×50 mm2、ZRC-YJV 32-2×70 mm2的电缆。

5 发电量计算

5.1 发电损失率

主要发电量损失率：组件玻璃光学损失2.9%，弱光条件下的发电量损失3.1%，温度损失0.1%，组件表面污秽对发电量的损失3.2%，组件匹配损失2.1%，直流汇集线损1.5%，逆变器损失1.5%，逆变器出口至并网点损失2.5%，场用电损失1.0%，光伏场不可用损失1.0%。

5.2 主要设备

光伏发电站主要设备：260 Wp电池组件5 852块，S11-1 000 kVA/36.75 kV箱变2台，1 000 kW（含直流柜）集装箱式逆变器1台，500 kW（含直流柜）集装箱式逆变器1台，16in1直流汇流箱14台，12in1直流汇流箱4台。

箱变的选择：为提高供电可靠性，依据电力设备选型与实用计算［4］，我公司选择美式箱变。

5.3 第1年发电量计算

通过RETscreen软件计算，该地区水平面辐射量见表2。根据该辐射量，并考虑电池效率以及其他各项折减，最终计算得到第1年实际上网电量为166.19万kW·h，系统效率79%。各月发电量见表3。

表3 光伏发电站第一年各月发电量

5.4 第2年～第25年各年发电量及25年平均年发电量

光伏组件的光电转换效率会随着时间的推移而降低，根据组件供货厂家提供的质量保证及企业要求：10年衰减不超过10%，25年衰减不超过20%。以此进行光伏发电站各年发电量计算，计算结果见表4。光伏发电站25年平均年发电量为149.42万kW·h。25年平均年等效利用小时数为1 260.9 h。

表4 光伏发电站25年内各年均发电量单位：万kW·h

6 结束语

该公司1.5 MWp光伏发电站已投入正常运行，考虑各项损耗，预计25年发电3 350万kW·h，折标准煤0.43万t，减排二氧化碳2.89×104t、二氧化硫234.5 t、粉尘117 t。该电站项目对保护环境，减少大气污染具有一定的作用，节能减排效果显著。

该电站从投入运行至今已经累计发电700万k W·h，全部电量为公司内部使用，按电价0.83元/（kW·h），政策收益0.42元/（kW·h）计，已产生875万元的经济收益。充分利用纺织企业屋面建设光伏发电站，符合国家能源发展政策，大力发展光伏发电站仍有很大的优势和潜力，建议推广应用。