劉其永，肖 輝

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

0 引言

泰國全年日照充足，太陽能資源十分豐富，最豐富區(qū)的年均太陽輻射量為1790.1 kWh/m2。得益于泰國政府對可再生能源，尤其是太陽能的大力支持，泰國的可再生能源投資逐漸興起，其也成為東南亞地區(qū)作太陽能投資的關(guān)鍵地區(qū)。根據(jù)泰國能源監(jiān)管委員會的報告，截至2018年9月，泰國的離網(wǎng)獨(dú)立發(fā)電項(xiàng)目(IPS)大多數(shù)是以屋頂光伏電站的形式出現(xiàn)。對于并網(wǎng)光伏項(xiàng)目，2019年4月，泰國通過了《泰國電力發(fā)展規(guī)劃2018～2037(PDP2018)》，修訂了其未來20年的光伏發(fā)展目標(biāo)，其中包括10 GW的屋頂光伏項(xiàng)目[1-2]。競爭開始轉(zhuǎn)向了屋頂光伏電站的開發(fā)。

近年來，我國國內(nèi)光伏產(chǎn)品出現(xiàn)巨大的產(chǎn)能過剩，從而將市場目標(biāo)轉(zhuǎn)向了東南亞地區(qū)，在該地區(qū)泰國相對于其他國家由于政治穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)繁榮、政策支持，成為我國光伏產(chǎn)品制造商的首選國家；而作為我國政府首批認(rèn)證的“境外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易合作區(qū)”之一的泰中羅勇工業(yè)園就位于泰國東岸的羅勇府。羅勇府濱臨泰國灣，屬于熱帶氣候，年均氣溫約為28 ℃，日照條件充足，為太陽能資源豐富區(qū)；該地區(qū)入住企業(yè)的廠房多為鋼結(jié)構(gòu)，屋頂面積大，而且建筑物之間的間距較大，不存在遮擋陽光等問題，因此適合屋頂光伏電站的建設(shè)。本文以泰國羅勇府某工廠3 MW屋頂光伏電站為例，對屋頂光伏電站的系統(tǒng)構(gòu)成及電站效益進(jìn)行了研究。

1 電站概況

該屋頂光伏電站的裝機(jī)容量為3 MW，光伏組件分別安裝在工廠內(nèi)3個車間的屋頂。其中，A車間屋頂安裝有3002塊305 Wp的組件，裝機(jī)容量為915.61 kWp；B車間屋頂安裝有3212塊310 Wp的組件，裝機(jī)容量為995.72 kWp；C車間屋頂安裝有3002塊310 Wp的組件，裝機(jī)容量為930.62 kWp。3個車間屋頂?shù)墓夥M件實(shí)際裝機(jī)容量為2.84 MWp。

該電站采用組件分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的方案，每19塊組件串聯(lián)為1個方陣，每6個方陣配置1臺型號為SUN2000-28KTL的逆變器，并網(wǎng)構(gòu)成1個發(fā)電單元；再經(jīng)匯流箱匯流后接入變壓器升壓側(cè)；最終將3 MW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入廠區(qū)電網(wǎng)，為日常生產(chǎn)用電供電。圖1為該屋頂光伏電站的系統(tǒng)框圖，表1為該電站的主要設(shè)備清單。該屋頂光伏電站已于2016年12月建設(shè)完成，并于2017年1月正式投運(yùn)。

圖1 3 MW屋頂光伏電站的系統(tǒng)框圖Fig.1 System block diagram of 3 MW rooftop PV power station

表1 3 MW屋頂光伏電站主要設(shè)備清單Table 1 The list of 3 MW rooftop PV power station major equipment

2 設(shè)備選型

2.1 光伏組件

該屋頂光伏電站中，峰值功率不同的2種光伏組件均采用中利騰暉光伏科技生產(chǎn)的型號為TP672P的組件，組件參數(shù)如表2所示。3個車間屋頂上光伏組件的面積分別為5825、6233、5825 m2，光伏組件總面積為17883 m2。

表2 2種光伏組件的參數(shù)Table 2 The parameter values for two kinds of PV modules

組件最大串聯(lián)數(shù)Sn要小于等于組件最大系統(tǒng)電壓Vs與組件開路電壓Voc的比值，即根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可知，Sn的理論值約為22塊[3]。本屋頂光伏電站中的光伏方陣采用的是19塊組件進(jìn)行串聯(lián)，未超過Sn值。A車間屋頂1個光伏方陣的Voc為856.9 V，B和C車間屋頂1個光伏方陣的Voc均為858.8 V。

2.2 逆變器

逆變器采用華為技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號為SUN2000-28KTL的組串式并網(wǎng)逆變器，具體參數(shù)如表3所示。

表3 逆變器的參數(shù)Table 3 The parameter values for inverter

該逆變器采用三電平拓?fù)洌罡咝蕿?8.7%，用認(rèn)可度最高的現(xiàn)場性能測試Photon測試對該逆變器進(jìn)行測試，結(jié)果為“雙A+”；單機(jī)具備最多3路MPPT，對發(fā)電量提升顯著。該逆變器能夠進(jìn)行三相交流并網(wǎng)，具有智能、高效、安全、可靠的優(yōu)點(diǎn)。逆變器整機(jī)自然散熱，無需單獨(dú)配置風(fēng)扇，能夠符合長期室外應(yīng)用的需求，被廣泛應(yīng)用于屋頂、山地等室外光伏發(fā)電系統(tǒng)中；能夠?qū)?路組串線路進(jìn)行智能監(jiān)控，自動檢測設(shè)備中的組串故障，故障檢測用時減少80%；多機(jī)并聯(lián)智能電網(wǎng)自適應(yīng)，電能質(zhì)量優(yōu)，可更好地滿足電網(wǎng)接入要求；能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理；交流輸出電壓為480 V，降低了30%的交流線損耗；無零線，可節(jié)約20%的交流線纜；可安全躲避PID效應(yīng)，主動防止觸電并隔離；無熔絲設(shè)計，避免直流側(cè)故障引起的火災(zāi)隱患，內(nèi)置交直流防雷模塊，防雷等級高。

2.3 匯流箱

匯流箱采用正泰電氣股份有限公司生產(chǎn)的型號為NXK1的低壓封閉式匯流箱，匯流箱參數(shù)如表4所示。

表4 匯流箱的參數(shù)Table 4 The parameter values for combining manifolds

該匯流箱的工作模式為“6輸入1輸出”，即輸入相同的6路交流信號后匯流成1路交流輸出；防護(hù)等級為IP65，防水、防塵、防銹、防曬，符合室外安裝要求；對電路系統(tǒng)作控制、漏電保護(hù)，以及電動機(jī)的過載、短路、缺相保護(hù)及各種控制；設(shè)計外形美觀，使用安全可靠。

3 項(xiàng)目效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

該屋頂光伏電站的理論年發(fā)電量EL可由式(1)求得：

式中，Sk為屋頂安裝的光伏組件面積，m2；ηk為組件轉(zhuǎn)換效率，%；R為泰國的年太陽輻射總量，MJ/m2。

泰國的日均太陽輻射量為18.2 MJ/(m2·d)[3-4]，因此，泰國的年太陽輻射總量R=18.2×365=6643 MJ/m2。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(1)可得，該電站的EL=5247610.17 kWh。

實(shí)際運(yùn)行中組件發(fā)電量達(dá)不到理論值，存在轉(zhuǎn)換效率損失。電站的系統(tǒng)總效率η由光伏陣列發(fā)電效率η1、逆變器轉(zhuǎn)換效率η2、并網(wǎng)效率η3這3個因素共同決定[2]，即：

光伏陣列在能量轉(zhuǎn)換時存在組件的匹配損失、未利用的太陽輻射量損失、溫度影響、直流線路損失、塵埃遮擋損失等(未考慮組件功率衰減效率)，因此，η1取 85%；η2取98.7%；η3取95%[5-6]。

則該電站第1年的實(shí)際發(fā)電量E1為：

結(jié)合式(1)～式(3)可知，E1=418.2萬kWh。

屋頂光伏電站的壽命一般為20～25年，本電站取21年，考慮到每年組件的功率衰減率[7]，則整個電站21年內(nèi)的實(shí)際總發(fā)電量E為：

式中，Ei為第i年的實(shí)際發(fā)電量，萬kWh；ηN為第N年的組件功率衰減率，%。

根據(jù)式(4)，可得到整個屋頂光伏電站21年內(nèi)的實(shí)際發(fā)電量，如表5所示。

表5 屋頂光伏電站21年內(nèi)的實(shí)際發(fā)電量Table 5 Real power generation within 21 years of rooftop PV power station

整個屋頂光伏電站21年的總發(fā)電量為8022.8萬kWh，年均發(fā)電量為382.0萬kWh。

屋頂光伏電站總投入為1704.5萬元，單位成本約6元/Wp，泰中羅勇工業(yè)園內(nèi)工業(yè)用電價格約為0.95元/kWh。由于泰國屋頂光伏電站普遍規(guī)模較小，所以泰國政府對屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目無補(bǔ)貼政策。因此，在無泰國政府補(bǔ)貼的情況下，該電站回收成本需要的發(fā)電量Ec為1.7942×107kWh。

根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)，該電站前4年的發(fā)電總量為1.6327×107kWh。若要回收成本仍需1.615×106kWh的發(fā)電量，而第5年的發(fā)電量為3.994×106kWh，因此仍需0.404年才能完全回收成本，所以該電站的投資回收年限約為4.40年。

整個電站21年的總發(fā)電量為8022.8萬kWh，項(xiàng)目總投入為1704.5萬元，則整個電站的平均發(fā)電成本為0.21元/kWh。該價格相較于泰國羅勇府地區(qū)工業(yè)用電價格0.95元/kWh而言，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 環(huán)境效益

光伏電站屬于清潔能源利用，不消耗煤炭資源，不會產(chǎn)生SO2、CO2等污染物。

本電站的年均發(fā)電量為382.0萬kWh，泰國供電煤耗率平均值為406.5 g/kWh[8]，因此年均標(biāo)煤節(jié)約量Qbm=3.820×106×406.5 ≈ 1552.8 t。

標(biāo)準(zhǔn)煤CO2排放系數(shù)為2.47，則年均CO2減排量QCO2=2.47Qbm≈3835.5 t。

標(biāo)準(zhǔn)煤SO2排放系數(shù)為0.02，則年均SO2減排量QSO2=0.02Qbm≈ 31.1 t。

標(biāo)準(zhǔn)煤粉塵排放系數(shù)為0.01，則年均粉塵減排量QF=0.01Qbm≈ 15.5 t。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，該屋頂光伏電站運(yùn)行后的減排效益非常顯著，大幅降低了環(huán)境治理成本，具有顯著的環(huán)境效益。

3.3 社會效益

通過在羅勇府泰中羅勇工業(yè)園建設(shè)屋頂光伏電站項(xiàng)目，可以在泰國羅勇府乃至整個泰國起到屋頂光伏電站建設(shè)示范作用，推動羅勇府光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而且屋頂光伏電站建設(shè)具有一定的展示性，可改善生活空間，緩解長期注視鋼結(jié)構(gòu)廠房造成的視覺疲勞，帶來一定的美感和舒適感。此外，屋頂光伏電站還可以緩解泰國高峰用電需求，提高清潔的可再生能源在所有能源應(yīng)用中的占比[9]，社會效益極大。

4 結(jié)論

本文通過對泰國羅勇府某3 MW屋頂光伏電站工程實(shí)例的效益分析可知，該電站的投資回收期限為4.40年，在整個電站21年的壽命周期內(nèi)，平均發(fā)電成本為0.21元/kWh，相較于泰國羅勇地區(qū)工業(yè)用電價格0.95元/kWh而言，經(jīng)濟(jì)效益顯著；而且CO2、SO2、粉塵等有害物質(zhì)的減排量顯著。在現(xiàn)有政策和技術(shù)條件下，在泰國羅勇府建設(shè)和發(fā)展屋頂光伏電站具有顯著的環(huán)境效益和社會效益。