上海梅山钢铁股份有限公司能源环保部南京210039
摘要：钢铁企业作为传统制造业，耗能高，污染大，为优化能源结构，提供更加清洁、可靠的能源，梅山钢铁公司投资建设了20MWp用户侧分布式光伏发电项目。本文主要介绍了光伏发电的工艺流程、光伏组件选择、光伏子方阵优化设计，总结了梅山钢铁公司光伏发电项目的运行效益，具有较好的推广价值。
关键词：钢铁企业光伏发电效益推广
1项目概况
分布式光伏发电指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统，是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，其就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，而且能够有效解决电力在升压及长途运输中的损耗问题。
梅山钢铁公司20MWp户侧分布式光伏发电项目实际装机规模约为18.76MWp，是利用梅山钢铁公司热轧板厂和冷轧板厂的厂房屋顶建设并网的太阳能光伏发电系统及相关的配套并网设施，关键设备采用多晶硅光伏组件、逆变器、升压变压器等行业先进产品。光伏所发电量采用分布发电，自发自用的方式。根据各厂房的面积及位置，该项目光伏电站拟分为7个光伏子系统，各光伏子系统所发直流电经汇流箱、直流配电柜，再经过就地逆变器输出0.3/0.315kV交流电，之后经过就地升压变压器升压为10kV，分别经10kV开关柜就近接入各并网点的10kV配电室母线，实现并网，供厂区负荷使用。具体流程图见图1：
图1光伏发电系统流程图
2光伏组件的选择
光伏组件是光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣直接影响着整个光伏发电系统的发电性能。光伏组件性能的各项参数主要包括：标准测试条件下组件峰值功率、峰值电流、峰值电压、短路电流、开路电压、最大系统电压、组件效率、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数等。针对项目采用多晶硅还是单晶硅光伏组件的问题，选取用相同方式安装的单、多晶系统，对其年度归一化后的发电量进行分析对比，加以确认。
结果显示多晶系统发电量比单晶系统年度平均高1.4%~3.3%，因此该项目的光伏组件选用多晶硅光伏组件。
由于系统装机容量较大，组件安装量较大，所以设计优先选用大功率光伏组件，降低组件安装量。国内主流厂商生产应用于大型并网光伏发电系统的多晶硅光伏组件，其规格大多数在150Wp到300Wp之间，在此区间范围内，市场占有率较高的厂商所生产的多晶硅光伏组件规格以240Wp以上系列居多。综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，以及采购订货时的可选择余地，该项目选用多晶硅光伏组件规格为250Wp。
3光伏子方阵设计
光伏方阵通过组件串、并联得到，光伏组件的串联必须满足并网逆变器的直流输入电压要求，光伏组件并联必须满足并网逆变器输入功率的要求。
考虑光伏组件的温度系数影响，随着光伏组件温度的增加，开路电压减小；相反组件温度降低，开路电压增大。为了保证逆变器在当地极限低温条件下能够正常连续运行，在计算电池板串联电压时应考虑当地的最低环境温度进行计算，并得出串联的电池个数和直流串联电压。
（1）计算每个方阵的串联组件个数
（a）计算串联数量
在不考虑太阳能电池组件工作温度修正系数影响的情况下，该方阵太阳能电池组件在标准测试条件下（光照1000w/m2、工作温度为25℃），允许的最大串联数（Smax）及最小串联数（Smin）分别为：
Smax＝Udcmax/Voc＝850/37.5≈22（块）
Smin＝Udcmin/Ve＝500/30.2≈17（块）
（b）输出电压验算
考虑了太阳电池组件工作温度修正系数的影响，该方阵太阳电池组串的最高输出电压（Vmax）及最低输出电压（Vmin）验算如下：
Vmax＝17～22×{37.5+37.5×(-0.0032)×[（-16.9）-25]}＝723～936V
Vmin＝17～22×{37.5+37.5×(-0.0032)×[43-25]}＝674～873V
考虑到组件串联数越大，所需汇流箱数量越少，组串间并联所需电缆长度相应减少，因此设计中在满足逆变器最高输入电压Vdcmax=1000V的前提下，应尽量选择最大的组件串联数。根据常规经验取整选22，即单列组件串联个数为22个组件。
（2）光伏方阵的并联设计
光伏方阵的并联数量根据逆变器容量大小来定，以500kw的逆变器为例，本工程的多晶硅组件峰值功率为250W，则：22块250Wp多晶硅组件串联功率为250Wp×22＝5500Wp，该项目每台500kw并网逆变器采用每串22块250Wp多晶硅组件，共约93串。
4逆变器的选择
逆变器选型主要对以下指标进行比较：
（1）逆变器输入直流电压的范围：由于太阳电池组串的输出电压随日照强度、天气条件及负载影响，其变化范围比较大。要求逆变器能够在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。
（2）逆变器输出效率：大功率逆变器在满载时，效率必须在95%～98%以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在90%以上。即使在逆变器额定功率10%的情况下，也要保证90%（大功率逆变器）以上的转换效率。
（3）逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电经逆变后向公共电网并网供电，就要求逆变器的输出电压波形、幅值、相位及频率等与公共电网一致，以实现向电网无扰动平滑供电。所选逆变器应输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于国家标准要求值。
5主要部件的设计指标
整个光伏电站系统主要包括光伏组件和逆变器，具体光伏组件和逆变器指标见表1、表2。
注：上述组件功率标称在标准测试条件（STC）下：1000W/m2、太阳电池温度25℃、AM1.5。
6结论
梅山钢铁公司20MWp用户侧分布式光伏发电项目于2014年12月建成并网发电，并通过有关职能部门的验收，各项运行指标均达到国家及企业的设计标准。根据上海梅山钢铁股份公司能源环保部的统计，该项目的全年发电量(以2016年为例)为：165万kwh，折算到单位装机容量（每MWp）的年发电量为8.25万kwh，而宁钢、宝钢等钢铁企业单位装机容量（每MWp）的年发电量约为8.0万kwh，梅钢公司的光伏发电项目单位装机容量的发电量高于同行约3%左右，具有较好的减碳效果和一定的经济效益。
参考文献:
[1]GB/T12325《电能质量供电电压允许偏差》
[2]GB/T14549《电能质量公用电网谐波》
[3]GB/T15543《电能质量三相电压不平衡》
[4]GB/T17626.7-2008《电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》
[5]GB/T15945《电能质量电力系统频率允许偏差》