金 曼，马任远，李 宗，韩 丁

（国网河南省电力公司经济技术研究院，河南 郑州 450000）

0 引 言

光伏发电作为太阳能利用的一种重要形式，具有不需要燃料、不污染环境、运行费用小、维护简单及无噪音等优点。

本文以园区综合能源服务某220 kV变电站为依托，讨论研究光伏发电在变电站中的应用。

1 光伏电池

1.1 光伏电池选择

（1）单晶硅与多晶硅对比

单晶硅光伏电池比多晶硅光伏电池的转换效率稍高。采用这两种光伏电池无论从系统转换效率还是占地面积而言，都差别不大。然而，多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池产能要大的多，且有价格优势。因此，多晶硅电池比单晶硅电池更占优势。

（2）多晶硅与非晶硅对比

虽然非晶硅光伏电池具有最低的转换效率，但它具有成本优势，即每瓦组件价格最低。考虑到多晶硅与非晶硅电池效率（多晶硅电池效率大约是非晶硅电池效率的2 ～3 倍），非晶硅电池效率较低。同时，晶硅电池价格的不断下滑，也使非晶硅的价格优势大为缩减，更加缺乏竞争力[1]。

多晶硅光伏电池的性价比最高，单晶硅次之，薄膜光伏电池性价比最差。本文推荐使用国内光伏并网电站应用中占据主流的多晶硅电池组件。

1.2 安装方式选择

目前，太阳能跟踪系统尚不完善，而固定支架则结构简单，安装维护方便，收益比较稳定。各种运行方式下的光伏电站现场如图1 所示。

图1 不同运行方式的光伏电站现场图

不同运行方式的技术优劣性比较如表1 所示。

经过对固定式和跟踪式两种运行方式的初步比较，考虑到本电站的工程现状，本文推荐全部采用最佳倾角固定式支架。

2 光伏绿色能源在工程中的应用

2.1 依托某220 kV 工程系统方案

变电站为无人值班变电站，但有运维班驻守，站内建筑物较多，结合电气平面布置，将太阳能光伏板布置在建筑物的屋顶。这样既合理利用了变电站空间，又不影响变电站各设备功能。

根据电气平面布置图和建筑图，考虑到阳光照射方向、检修方便等因素，本案例在运维班驻地楼顶、10 kV 综合配电室屋顶及主控楼屋顶建设太阳能光伏板。

在楼顶布置太阳能光伏板，以10 块太阳能光伏板为一个安装单元，每块光伏板发电功率为250 W，故单个发电模块发电功率为2.5 kW。

表1 多晶硅电池组件基本参数

运维班驻地楼顶、主控楼屋顶各布置12 个模块，10 kV 综合配电室屋顶布置6 个模块，每个模块功率为2.5 kW，其总功率为45 kW。其中，运维班驻地楼顶、主控楼屋顶模块均为4 行3 列布置，10 kV 综合配电室屋顶为2 行6 列布置。光伏发电设备布置于屋面，根据设备高度计算，需加设防雷设备，也可借用屋顶避雷带进行防雷保护，其设备布置如图2 所示。

图2 变电站设备布置图

运维班驻地楼顶、综合配电室屋顶的光伏发电板使用组串式逆变器逆变为三相380 V，经汇流箱汇流、隔离变压器隔离调相分别接入站用电Ⅰ、Ⅱ段母线。

根据站用电负荷统计，变电站经常、连续负荷（配电装置加热、通风机、有载调压装置等）约为80 kW， 其他负荷约为85 kW。经过在运维班驻地楼顶、10 kV综合配电室屋顶及主控楼屋顶建设太阳能光伏板，安装光伏总发电功率为45 kW，能满足变电站经常、连续负荷的一部分，减少站用变压器荷载，延长了站用变压器寿命。

光伏发电电量主要用于变电站经常、连续负荷的一部分，不会出现发出的电量倒送入系统，故不用配置复杂的微网系统，减少了设备建设投资和运行成本。

2.2 光伏绿色能源在变电站的配置

本次采用光伏板发电为变电站中站用负荷提供一定的发电量，可有效缓解站用变的荷载，可按照小型光伏发电装置来设置。

主要部件为太阳能方阵、逆变器、汇流箱以及站用交流屏，其运行模式为在有太阳辐射的条件下，将太阳能转化为交流电，供给变电站站用负荷。额定输出交流电压为380 V 和220 V，功率因数大于0.9，系统效率大于85%。

2.3 光伏绿色能源费用核算及效益分析

利用运维班驻地楼顶、综合配电室屋顶及主控楼屋顶设计光伏容量45 kW，根据地区日照条件，年峰值日照小时数约为1 350 h，系统安装完成后，预计年发电量可达6.1×104kW·h[2]。

（1）节能减排效益分析

45 kW 屋顶光伏电站，按设计寿命25 年计算，共相当于节约标煤648 t、减排489.6 t 碳粉尘、1 794.6 t二氧化碳（CO2）、54 t 二氧化硫（SO2）、27 t 氮氧化物（NOx）。以二氧化碳为当量折合计算，减排温室气体的数量将达到1 923.5 t，减排效果明显。

（2）经济效益分析

光伏系统中投入约为4 153.368 万元，而收益可分为2 个方面。

对于发电收益（含政策补贴），变电站电费为0.8元/kW·h（按市电价格计算），每年通过光伏发电可节约电费收益约0.8 元/kW·h×6.1 万kW·h=4.88 万元。

对于减排收益，以二氧化碳当量折合计算，每年减排温室气体的数量将达到76.8 t，按照80 元/t 的标准，每年减排收益为76.8 t×80 元/t=6 144 元。

年总收益为4.88万元＋0.614 4万元=5.494 4万元，不含减排收益则年收益为4.88 万元。

（3）无功调节效益

在变电站运维班驻地楼顶、综合配电室屋顶及主控楼屋顶上装设小型光伏发电装置不仅可有效缓解站用负荷高时对站用变的荷载，而且可对电压进行一定的无功调节，并有效调节电流波形畸变、频率波动，保障站内负荷正常运行。

3 结 论

太阳能光伏发电在世界范围内市场应用规模扩大迅速，产业高速发展。在中国，国家大力推动光伏产业，不断同国家大型工程项目、推广计划和国际合作，使其以前所未有的速度迅速扩张。目前，太阳能光伏电池单位造价不断降低，也使光伏发电在综合能源改造变电站中的使用成为可能。