泰国罗勇府屋顶光伏电站的效益分析

刘其永，肖 辉

(中国水电基础局有限公司，天津 301700)

0 引言

泰国全年日照充足，太阳能资源十分丰富，最丰富区的年均太阳辐射量为1790.1 kWh/m2。得益于泰国政府对可再生能源，尤其是太阳能的大力支持，泰国的可再生能源投资逐渐兴起，其也成为东南亚地区作太阳能投资的关键地区。根据泰国能源监管委员会的报告，截至2018年9月，泰国的离网独立发电项目(IPS)大多数是以屋顶光伏电站的形式出现。对于并网光伏项目，2019年4月，泰国通过了《泰国电力发展规划2018～2037(PDP2018)》，修订了其未来20年的光伏发展目标，其中包括10 GW的屋顶光伏项目[1-2]。竞争开始转向了屋顶光伏电站的开发。

近年来，我国国内光伏产品出现巨大的产能过剩，从而将市场目标转向了东南亚地区，在该地区泰国相对于其他国家由于政治稳定、经济繁荣、政策支持，成为我国光伏产品制造商的首选国家；而作为我国政府首批认证的“境外经济贸易合作区”之一的泰中罗勇工业园就位于泰国东岸的罗勇府。罗勇府滨临泰国湾，属于热带气候，年均气温约为28 ℃，日照条件充足，为太阳能资源丰富区；该地区入住企业的厂房多为钢结构，屋顶面积大，而且建筑物之间的间距较大，不存在遮挡阳光等问题，因此适合屋顶光伏电站的建设。本文以泰国罗勇府某工厂3 MW屋顶光伏电站为例，对屋顶光伏电站的系统构成及电站效益进行了研究。

1 电站概况

该屋顶光伏电站的装机容量为3 MW，光伏组件分别安装在工厂内3个车间的屋顶。其中，A车间屋顶安装有3002块305 Wp的组件，装机容量为915.61 kWp；B车间屋顶安装有3212块310 Wp的组件，装机容量为995.72 kWp；C车间屋顶安装有3002块310 Wp的组件，装机容量为930.62 kWp。3个车间屋顶的光伏组件实际装机容量为2.84 MWp。

该电站采用组件分块发电、集中并网的方案，每19块组件串联为1个方阵，每6个方阵配置1台型号为SUN2000-28KTL的逆变器，并网构成1个发电单元；再经汇流箱汇流后接入变压器升压侧；最终将3 MW并网发电系统并入厂区电网，为日常生产用电供电。图1为该屋顶光伏电站的系统框图，表1为该电站的主要设备清单。该屋顶光伏电站已于2016年12月建设完成，并于2017年1月正式投运。

图1 3 MW屋顶光伏电站的系统框图Fig.1 System block diagram of 3 MW rooftop PV power station

表1 3 MW屋顶光伏电站主要设备清单Table 1 The list of 3 MW rooftop PV power station major equipment

2 设备选型

2.1 光伏组件

该屋顶光伏电站中，峰值功率不同的2种光伏组件均采用中利腾晖光伏科技生产的型号为TP672P的组件，组件参数如表2所示。3个车间屋顶上光伏组件的面积分别为5825、6233、5825 m2，光伏组件总面积为17883 m2。

表2 2种光伏组件的参数Table 2 The parameter values for two kinds of PV modules

组件最大串联数Sn要小于等于组件最大系统电压Vs与组件开路电压Voc的比值，即根据表2中的数据可知，Sn的理论值约为22块[3]。本屋顶光伏电站中的光伏方阵采用的是19块组件进行串联，未超过Sn值。A车间屋顶1个光伏方阵的Voc为856.9 V，B和C车间屋顶1个光伏方阵的Voc均为858.8 V。

2.2 逆变器

逆变器采用华为技术有限公司生产的型号为SUN2000-28KTL的组串式并网逆变器，具体参数如表3所示。

表3 逆变器的参数Table 3 The parameter values for inverter

该逆变器采用三电平拓扑，最高效率为98.7%，用认可度最高的现场性能测试Photon测试对该逆变器进行测试，结果为“双A+”；单机具备最多3路MPPT，对发电量提升显著。该逆变器能够进行三相交流并网，具有智能、高效、安全、可靠的优点。逆变器整机自然散热，无需单独配置风扇，能够符合长期室外应用的需求，被广泛应用于屋顶、山地等室外光伏发电系统中；能够对6路组串线路进行智能监控，自动检测设备中的组串故障，故障检测用时减少80%；多机并联智能电网自适应，电能质量优，可更好地满足电网接入要求；能够对电网进行远程监控和管理；交流输出电压为480 V，降低了30%的交流线损耗；无零线，可节约20%的交流线缆；可安全躲避PID效应，主动防止触电并隔离；无熔丝设计，避免直流侧故障引起的火灾隐患，内置交直流防雷模块，防雷等级高。

2.3 汇流箱

汇流箱采用正泰电气股份有限公司生产的型号为NXK1的低压封闭式汇流箱，汇流箱参数如表4所示。

表4 汇流箱的参数Table 4 The parameter values for combining manifolds

该汇流箱的工作模式为“6输入1输出”，即输入相同的6路交流信号后汇流成1路交流输出；防护等级为IP65，防水、防尘、防锈、防晒，符合室外安装要求；对电路系统作控制、漏电保护，以及电动机的过载、短路、缺相保护及各种控制；设计外形美观，使用安全可靠。

3 项目效益分析

3.1 经济效益

该屋顶光伏电站的理论年发电量EL可由式(1)求得：

式中，Sk为屋顶安装的光伏组件面积，m2；ηk为组件转换效率，%；R为泰国的年太阳辐射总量，MJ/m2。

泰国的日均太阳辐射量为18.2 MJ/(m2·d)[3-4]，因此，泰国的年太阳辐射总量R=18.2×365=6643 MJ/m2。

将相关数据代入式(1)可得，该电站的EL=5247610.17 kWh。

实际运行中组件发电量达不到理论值，存在转换效率损失。电站的系统总效率η由光伏阵列发电效率η1、逆变器转换效率η2、并网效率η3这3个因素共同决定[2]，即：

光伏阵列在能量转换时存在组件的匹配损失、未利用的太阳辐射量损失、温度影响、直流线路损失、尘埃遮挡损失等(未考虑组件功率衰减效率)，因此，η1取 85%；η2取98.7%；η3取95%[5-6]。

则该电站第1年的实际发电量E1为：

结合式(1)～式(3)可知，E1=418.2万kWh。

屋顶光伏电站的寿命一般为20～25年，本电站取21年，考虑到每年组件的功率衰减率[7]，则整个电站21年内的实际总发电量E为：

式中，Ei为第i年的实际发电量，万kWh；ηN为第N年的组件功率衰减率，%。

根据式(4)，可得到整个屋顶光伏电站21年内的实际发电量，如表5所示。

表5 屋顶光伏电站21年内的实际发电量Table 5 Real power generation within 21 years of rooftop PV power station

整个屋顶光伏电站21年的总发电量为8022.8万kWh，年均发电量为382.0万kWh。

屋顶光伏电站总投入为1704.5万元，单位成本约6元/Wp，泰中罗勇工业园内工业用电价格约为0.95元/kWh。由于泰国屋顶光伏电站普遍规模较小，所以泰国政府对屋顶光伏发电项目无补贴政策。因此，在无泰国政府补贴的情况下，该电站回收成本需要的发电量Ec为1.7942×107kWh。

根据表5中的数据，该电站前4年的发电总量为1.6327×107kWh。若要回收成本仍需1.615×106kWh的发电量，而第5年的发电量为3.994×106kWh，因此仍需0.404年才能完全回收成本，所以该电站的投资回收年限约为4.40年。

整个电站21年的总发电量为8022.8万kWh，项目总投入为1704.5万元，则整个电站的平均发电成本为0.21元/kWh。该价格相较于泰国罗勇府地区工业用电价格0.95元/kWh而言，经济效益显著。

3.2 环境效益

光伏电站属于清洁能源利用，不消耗煤炭资源，不会产生SO2、CO2等污染物。

本电站的年均发电量为382.0万kWh，泰国供电煤耗率平均值为406.5 g/kWh[8]，因此年均标煤节约量Qbm=3.820×106×406.5 ≈ 1552.8 t。

标准煤CO2排放系数为2.47，则年均CO2减排量QCO2=2.47Qbm≈3835.5 t。

标准煤SO2排放系数为0.02，则年均SO2减排量QSO2=0.02Qbm≈ 31.1 t。

标准煤粉尘排放系数为0.01，则年均粉尘减排量QF=0.01Qbm≈ 15.5 t。

由以上数据可以看出，该屋顶光伏电站运行后的减排效益非常显著，大幅降低了环境治理成本，具有显著的环境效益。

3.3 社会效益

通过在罗勇府泰中罗勇工业园建设屋顶光伏电站项目，可以在泰国罗勇府乃至整个泰国起到屋顶光伏电站建设示范作用，推动罗勇府光伏产业的发展。而且屋顶光伏电站建设具有一定的展示性，可改善生活空间，缓解长期注视钢结构厂房造成的视觉疲劳，带来一定的美感和舒适感。此外，屋顶光伏电站还可以缓解泰国高峰用电需求，提高清洁的可再生能源在所有能源应用中的占比[9]，社会效益极大。

4 结论

本文通过对泰国罗勇府某3 MW屋顶光伏电站工程实例的效益分析可知，该电站的投资回收期限为4.40年，在整个电站21年的寿命周期内，平均发电成本为0.21元/kWh，相较于泰国罗勇地区工业用电价格0.95元/kWh而言，经济效益显著；而且CO2、SO2、粉尘等有害物质的减排量显著。在现有政策和技术条件下，在泰国罗勇府建设和发展屋顶光伏电站具有显著的环境效益和社会效益。