分布式光伏发电系统的应用实践

常亚峰

（中国电信股份有限公司泰兴分公司，江苏 泰兴 225400）

0 引 言

在5G国家战略下，中国电信股份有限公司加大了核心网、5G网络、数据中心等基础建设，5G业务增长导致能源消耗剧增。2021年，国务院政府工作报告将“碳中和”与“碳达峰”列为政府工作的重要目标，并制定了2030年前“碳达峰”、2060年前“碳中和”的行动方案。“双碳”战略对通信新基建的发展带来挑战，如何降低能源消耗、打造低碳通信网络并建设安全、高效、智慧运营的绿色基础设施是当前亟需解决的问题[1]。为了响应国家“双碳”目标，实现企业节能降耗的工作要求，中国电信股份有限公司泰兴分公司在江苏省泰兴市城北商井无线基站实施分布式光伏发电系统项目试点应用实践。

1 可行性分析

1.1 气候可行性

太阳能属于可再生能源，具有清洁性、安全性、相对广泛性、免维护性以及资源充足性等优点。太阳能光伏发电既不直接消耗化石资源，又不释放污染物、废料、废水，同时不产生温室气体破坏大气环境，是一种绿色可再生能源。

泰兴市位于北纬31°58′12′′～32°23′05′′，东经119°54′05′′～120°21′56′′，属于3类地区（资源较富带）。年峰值日照时数约1 417.1 h，全年辐射量在4 200～5 400 MJ/m2，能够为光伏发电提供充足的光照资源，具备建设太阳能光伏发电系统的气候条件。

1.2 技术可行性

太阳能光伏发电系统利用太阳能光伏板组件将太阳能转换成直流电，再通过逆变器将直流电逆变成50 Hz/380 V的三相交流电。逆变器的输出端通过配电柜与基站的市电输入端并联，为负载供电。如果光伏发电电量充足并富有余量，逆变器主动降低输出功率，防止电能倒送至电网，保证供电安全。该供电方式安全简单，具有投资少、建设周期短、见效快以及维护量小等特点[2]。

1.3 经济可行性

经过测算统计，太阳能光伏发电系统投资回收周期通常为7～10年，而太阳能光伏发电系统的工作寿命长达15年。利用基站房顶区域安装光伏发电系统，可以享受至少5～8年的正收益，投资回报率高。同时，太阳能光伏发电系统每年可以减少大量温室气体等的排放，具有显著的经济效益和环境效益[3]。

2 实施方案

2.1 局站选择

本次应用实践选择泰兴市城北商井基站为试点基站。该基站为D类综合机房，位于城北商井电信综合楼三楼，为自有独立机房，拥有电信产权。主体大楼呈东西方向，机房屋顶面积约300 m2，四周无遮挡，光照充足。机房主要承载4G、5G无线业务和固网宽带业务等，现基站市电专变引入，直流负载电流约100 A，后备蓄电池组采用两组500 Ah双登蓄电池，配备1台3P格力柜机，机房总负载约9 kW。

2.2 建设方案

试点采用分布式光伏发电系统，主要由太阳能光伏组件、光伏支架、逆变器、并网箱、防逆流装置以及配套组件构成[4]。在有太阳辐射的条件下，太阳能光伏组件阵列将太阳能转换输出的电能经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由逆变器逆变成交流电供基站通信设备使用，不足的电力通过连接国家电网来补充和调节。

本文设计的分布式光伏发电系统包括10 kW太阳能光伏组件一套、10 kW逆变器一台、并网箱、防逆流装置以及配套组件等。建成后的基站光伏并网供电系统如图1所示。

图1 光伏并网供电系统

2.3 建设现状

目前，泰兴城北商井基站已建成分布式光伏发电系统且正常发电运行，通信负载设备工作正常。太阳能光伏板安装如图2所示，逆变器与并网箱安装如图3所示。

图2 太阳能光伏板安装

图3 逆变器与并网箱安装

本系统自发自用、余电上网，为了规避供电安全风险，加装防逆流装置，如图4所示。

图4 防逆流装置

当光伏发电功率小于实际设备使用功率时，光伏发电全部自用。当检测到光伏发电功率大于实际用电使用功率时，该装置发出控制信号，逆变器主动降低光伏发电输出功率，确保没有余电倒送国家电网，从而保证供电安全。

2.4 电量计量

该试点太阳能光伏发电系统建成后，可以通过逆变器App监测并记录太阳能发电量。App发电量查询界面如图5所示。

图5 光伏系统App截屏

为了精确测算并计量光伏发电实际电量，实行第三方数据认证，对该光伏发电系统加装计费级计量电表，如图6所示。

图6 加装计费级电表

该电表通过物联网卡自动实时上报发电电量数据至远端综合能源预付费管理系统，实行数据自动抄表、存储，从而达到精准计量、第三方计量认证的目的。综合能源管理系统电量查询界面如图7所示。

图7 综合能源管理系统电量查询

3 成效评估

3.1 供电安全评估

本试点应用的分布式光伏发电系统采用光伏+市电供电模式，光伏优先供电。

当晴天及白天光照充足时，光伏正常发电，光伏电能优先给机房负载和其他负载设备供电。如果光伏发电电量足够充足并富有余量，逆变器主动降低输出功率，防止电能倒送至国家电网，从而保证供电安全。当阴雨天气及早晚间光照不足导致光伏不发电或发电量不足以带动全部负载时，缺口电量由市电进行补充。当市电停电时，无论光照如何，为了防止光伏电能倒送国家电网引发安全隐患，光伏系统停止发电，此时通信设备由后备蓄电池放电，通信网络无影响。

通过该分布式光伏发电系统的建设，相当于为基站引入了新的第二路主用电源。同时，光伏并网箱中配备有电压保护器、防雷器等，光伏组件线槽、外壳等金属部分通过地线与基站的联合接地体可靠连接，大大提高防雷安全性[5]。

3.2 投资回收评估

在原单路市电供电系统基础上进行分布式光伏发电供电改造，投资建设成本主要由太阳能光伏组件、逆变器、并网箱、防逆流装置、太阳能光伏板支架、电力电缆以及设备安装调试施工等费用组成，项目通过公开招标方式进行。

根据App记录数据，以2021年12月为例，该光伏发电系统日发电量如表1所示。

表1 太阳能光伏日发电量

以2021年12月—2022年5月为例，电费单价按0.7元/（kW·h）计算，太阳能光伏月发电量及节电费用如表2所示。

表2 太阳能光伏月发电量

由于测试时间光照强度偏弱且时长偏短，导致实际发电量偏小。按保守年发电量约12 000 kW·h计算，光伏发电年节约电费8 400元，约需6年便可收回投资成本。太阳能光伏组件的设备更新周期为15年，则光伏发电系统能够实现约9年的正收益。综合考虑实际发电量超出现有计算值和供电电费单价等因素，投资回收周期将进一步缩短，正收益时间更长。

3.3 双碳减排评估

太阳能为绿色能源，不产生污染气体排放。每节约1 kW·h电力资源，就相应节约了0.4 kg标准煤，同时减少污染排放0.272 kg碳粉尘、0.997 kg二氧化碳（CO2）、0.03 kg二氧化硫（SO2）、0.015 kg氮氧化物（NxOy）。该分布式太阳能光伏发电系统的试点应用按年发电量12 000 kW·h计算，年节约4 800 kg标准煤，减少3 264 kg碳粉尘、11 964 kg二氧化碳（CO2）、360 kg二氧化硫（SO2）、180 kg氮氧化物（NxOy）排放。

4 创新优势

（1）建站灵活快速，系统适应性强。分布式光伏发电系统建站遵循因地制宜、清洁高效、分散布局以及就近利用的原则，具有占地面积小、建站灵活快速、适应性强的特点。中国电信具有数量众多的野外基站，基站的屋顶就是绝佳的光伏板安装地点，发电用电并存，基站设备就地消耗，部署迅速且维护量小，值得推广。

（2）投资回报率高，经济效益显著。该分布式光伏发电系统正收益时间约9年，投资回报率约为162.5%，经济效益显著。综合考虑供电电费单价等因素，投资回收周期将进一步缩短，正收益时间更长，投资回报率更高。

（3）双碳减排显著，社会效益突出。太阳能是一种绿色可再生能源，项目在发电过程中既不直接消耗化石资源，也不产生温室气体破坏大气环境，降低了标准煤消耗，节约运营成本，减少电费支出，优化能源结构，有较高的经济效益和社会效益。

5 结 论

综合分析分布式光伏发电系统的试点应用，从供电安全方面来看，其具有供电可靠、运行稳定、维护量小等优点；从成本分析来看，其具有投资小、维护成本低、回收周期短以及投资回报率高等优势；从节能减排方面来看，其减少了基站市电使用电量，降低了标准煤消耗，减少了二氧化碳等气体的排放，清洁环保。基于以上优势，该方案对国家“双碳”目标的实现具有积极的推动作用，具有良好的经济效益和社会效益。