泰國羅勇府屋頂光伏電站的效益分析

劉其永，肖 輝

(中國水電基礎局有限公司，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作太陽能投資的關鍵地區。根據泰國能源監管委員會的報告，截至2018年9月，泰國的離網獨立發電項目(IPS)大多數是以屋頂光伏電站的形式出現。對于并網光伏項目，2019年4月，泰國通過了《泰國電力發展規劃2018～2037(PDP2018)》，修訂了其未來20年的光伏發展目標，其中包括10 GW的屋頂光伏項目[1-2]。競爭開始轉向了屋頂光伏電站的開發。

近年來，我國國內光伏產品出現巨大的產能過剩，從而將市場目標轉向了東南亞地區，在該地區泰國相對于其他國家由于政治穩定、經濟繁榮、政策支持，成為我國光伏產品制造商的首選國家；而作為我國政府首批認證的“境外經濟貿易合作區”之一的泰中羅勇工業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；該地區入住企業的廠房多為鋼結構，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。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構成及電站效益進行了研究。

1 電站概況

該屋頂光伏電站的裝機容量為3 MW，光伏組件分別安裝在工廠內3個車間的屋頂。其中，A車間屋頂安裝有3002塊305 Wp的組件，裝機容量為915.61 kWp；B車間屋頂安裝有3212塊310 Wp的組件，裝機容量為995.72 kWp；C車間屋頂安裝有3002塊310 Wp的組件，裝機容量為930.62 kWp。3個車間屋頂的光伏組件實際裝機容量為2.84 MWp。

該電站采用組件分塊發電、集中并網的方案，每19塊組件串聯為1個方陣，每6個方陣配置1臺型號為SUN2000-28KTL的逆變器，并網構成1個發電單元；再經匯流箱匯流后接入變壓器升壓側；最終將3 MW并網發電系統并入廠區電網，為日常生產用電供電。圖1為該屋頂光伏電站的系統框圖，表1為該電站的主要設備清單。該屋頂光伏電站已于2016年12月建設完成，并于2017年1月正式投運。

圖1 3 MW屋頂光伏電站的系統框圖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備清單Table 1 The list of 3 MW rooftop PV power station major equipment

2 設備選型

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的型號為TP672P的組件，組件參數如表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Table 2 The parameter values for two kinds of PV modules

組件最大串聯數Sn要小于等于組件最大系統電壓Vs與組件開路電壓Voc的比值，即根據表2中的數據可知，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塊組件進行串聯，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有限公司生產的型號為SUN2000-28KTL的組串式并網逆變器，具體參數如表3所示。

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

該逆變器采用三電平拓撲，最高效率為98.7%，用認可度最高的現場性能測試Photon測試對該逆變器進行測試，結果為“雙A+”；單機具備最多3路MPPT，對發電量提升顯著。該逆變器能夠進行三相交流并網，具有智能、高效、安全、可靠的優點。逆變器整機自然散熱，無需單獨配置風扇，能夠符合長期室外應用的需求，被廣泛應用于屋頂、山地等室外光伏發電系統中；能夠對6路組串線路進行智能監控，自動檢測設備中的組串故障，故障檢測用時減少80%；多機并聯智能電網自適應，電能質量優，可更好地滿足電網接入要求；能夠對電網進行遠程監控和管理；交流輸出電壓為480 V，降低了30%的交流線損耗；無零線，可節約20%的交流線纜；可安全躲避PID效應，主動防止觸電并隔離；無熔絲設計，避免直流側故障引起的火災隱患，內置交直流防雷模塊，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的型號為NXK1的低壓封閉式匯流箱，匯流箱參數如表4所示。

表4 匯流箱的參數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；對電路系統作控制、漏電保護，以及電動機的過載、短路、缺相保護及各種控制；設計外形美觀，使用安全可靠。

3 項目效益分析

3.1 經濟效益

該屋頂光伏電站的理論年發電量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。

將相關數據代入式(1)可得，該電站的EL=5247610.17 kWh。

實際運行中組件發電量達不到理論值，存在轉換效率損失。電站的系統總效率η由光伏陣列發電效率η1、逆變器轉換效率η2、并網效率η3這3個因素共同決定[2]，即：

光伏陣列在能量轉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年的實際發電量E1為：

結合式(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年內的實際總發電量E為：

式中，Ei為第i年的實際發電量，萬kWh；ηN為第N年的組件功率衰減率，%。

根據式(4)，可得到整個屋頂光伏電站21年內的實際發電量，如表5所示。

表5 屋頂光伏電站21年內的實際發電量Table 5 Real power generation within 21 years of rooftop PV power station

整個屋頂光伏電站21年的總發電量為8022.8萬kWh，年均發電量為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，泰中羅勇工業園內工業用電價格約為0.95元/kWh。由于泰國屋頂光伏電站普遍規模較小，所以泰國政府對屋頂光伏發電項目無補貼政策。因此，在無泰國政府補貼的情況下，該電站回收成本需要的發電量Ec為1.7942×107kWh。

根據表5中的數據，該電站前4年的發電總量為1.6327×107kWh。若要回收成本仍需1.615×106kWh的發電量，而第5年的發電量為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年的總發電量為8022.8萬kWh，項目總投入為1704.5萬元，則整個電站的平均發電成本為0.21元/kWh。該價格相較于泰國羅勇府地區工業用電價格0.95元/kWh而言，經濟效益顯著。

3.2 環境效益

光伏電站屬于清潔能源利用，不消耗煤炭資源，不會產生SO2、CO2等污染物。

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

標準煤CO2排放系數為2.47，則年均CO2減排量QCO2=2.47Qbm≈3835.5 t。

標準煤SO2排放系數為0.02，則年均SO2減排量QSO2=0.02Qbm≈ 31.1 t。

標準煤粉塵排放系數為0.01，則年均粉塵減排量QF=0.01Qbm≈ 15.5 t。

由以上數據可以看出，該屋頂光伏電站運行后的減排效益非常顯著，大幅降低了環境治理成本，具有顯著的環境效益。

3.3 社會效益

通過在羅勇府泰中羅勇工業園建設屋頂光伏電站項目，可以在泰國羅勇府乃至整個泰國起到屋頂光伏電站建設示范作用，推動羅勇府光伏產業的發展。而且屋頂光伏電站建設具有一定的展示性，可改善生活空間，緩解長期注視鋼結構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用中的占比[9]，社會效益極大。

4 結論

本文通過對泰國羅勇府某3 MW屋頂光伏電站工程實例的效益分析可知，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，平均發電成本為0.21元/kWh，相較于泰國羅勇地區工業用電價格0.95元/kWh而言，經濟效益顯著；而且CO2、SO2、粉塵等有害物質的減排量顯著。在現有政策和技術條件下，在泰國羅勇府建設和發展屋頂光伏電站具有顯著的環境效益和社會效益。