并网光伏发电系统在卷烟工业中的设计与应用

【摘要】太阳能被列为21世纪新能源的重点开发项目。本文以广东某卷烟厂为模型，通过对当地日照条件以及厂区能耗情况的综合分析，设计出安装在厂房楼顶的并网光伏发电系统，用以提供整个厂区的照明所需能源。该系统功能可靠，布局合理，在降低卷烟厂生产能耗的同时能够有效减少二氧化碳的排放量，具有明显的社会效益和经济效益。

【关键词】并网；卷烟工业；太阳辐射强度；光伏发电系统

1.引言

21世纪，在环境污染与资源匮乏的双重压力下，人们不断地寻找一种清洁的可再生能源来取代传统的化石燃料，而太阳能由于其总储存量大、容易获取、使用过程无污染等特点引起了各行各业的重视。虽然地球上接收太阳辐射的总能量大，但是分布面积广泛，能流密度较低。因此，在有限的厂区空间内，设计一套适用于中小型卷烟厂的光伏发电系统，用以提供整个厂区照明所需的能源，既响应了国家节能降耗的要求，又能够降低生产成本，具有广阔的应用前景。

2.并网光伏发电系统应用于卷烟工业的可行性分析

新世纪以来，我国卷烟工业经历了工商分离改革，并引入了市场竞争机制，烟草工业在逐渐发展的同时承担着越来越多的社会责任。提高产品质量、降低生产成本、减少能源消耗、打造绿色工厂是每个卷烟厂增强企业竞争力的必然选择。

对于太阳能电池来说，太阳能峰值功率WP是在标准条件下[1]：辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广州地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为4小时。以广东某年产量40万大箱的卷烟厂为例，厂区每年总耗电量约为900万千瓦时，而照明部分能耗约占厂区综合总能耗的12%，约110万千瓦时。若以一年365天计算，考虑到实际运营中的云层移动遮阳、污渍影响、系统意外损坏、人工操作不当等情况，对理想系统取0.8的总效率系数，计算出满足该厂区照明需求的并网光伏发电系统的功率为：

1.10×109/（4×365×0.8）=0.942×106W

即设计一套功率为1Mw的太阳能并网光伏发电系统，即能提供整个厂区照明所需的能源。并网光伏发电系统的使用寿命较长，一般都在15至25年左右[2]，且运行维护费用较低，能够降低卷烟厂的生产成本，同时也能有效减少由能源消耗带来二氧化碳等废气的排放，具有明显的社会效益和经济效益。

3、1Mw并网光伏发电系统的设计

3.1并网光伏发电系统的原理

典型的太阳能光伏发电系统一般由四个部分构成[3]：（1）光伏阵列；（2）逆变器；（3）储能系统；（4）控制系统。考虑到光伏发电系统的发电量根据季节和天气的变化会出现较大差异，因此，将光伏发电系统与区域公共电网相连接，组成并网光伏发电系统。当光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入储能系统，也可向交流电网供电；当储能系统电力不足时，可由公共电网向负载供电，以保证生产的正常运行。

3.2并网光伏发电系统的布局设计

光伏电池是组成光伏发电系统的最小单位，本文设计使用235w的多晶硅光伏组件，该组件的外形尺寸为1638mm×982mm×40mm（长×宽×厚），以16块多晶硅光伏组件为一组光伏阵列，正南朝向并按40°倾斜角进行安装。

3.2.1太阳高度角

另一方面，卷烟厂各月份的生产任务有所不同，因此各月份的照明能耗并非固定值。因此，取近三年各月份照明能耗的平均值作为参考值，将并网光伏发电系统单月预计发电量（4256块235w多晶硅光伏组件，光电转换效率取18%，系统总效率系数取0.8）与卷烟厂月平均耗电量对比如下：

卷烟厂全年照明耗电总量约为1119300Kw·h，而1Mw并网光伏发电系统全年总发电量预计约为1238600Kw·h。从总量上看，本文设计的光伏发电系统能够满足厂区全年照明所需电能；从单月数值来看，光伏发电系统发电量小于当月照明用电量的月份为1月、2月、3月、4月和12月，最大差值仅为25100千瓦时，基本能达到设计要求。

4.结论

本文设计的1Mw并网光伏发电系统可安装于卷烟厂联合工房楼顶，且在发电总能力上能够满足年产量40万大箱卷烟厂厂区范围内的照明用电。预计年发电量约为120万千瓦时，可节约标准煤约147.5吨，同时减少二氧化碳排放量约386.5吨，节能减排效果明显，具有良好应用前景。

参考文献

[1]孟昭渊.太阳能电池在照明灯具上的应用[J].光源与照明，2003，（4）：21-24.

[2]曹莹.家用太阳能光伏发电系统设计[J].机电工程，2011，28（1）：115-117.

[3]赵春江，杨金焕，陈中华等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术，2007，25（5）：461-465.

[4]董霞威，庞春，苏国梁.光伏并网电站光伏组件安装倾角的选择设计[J].中国电力，2010，43（12）：70-73.

作者简介

车本佳（1986-），男，汉族，广东茂名人，硕士研究生。主要从事卷烟工业生产与管理工作。

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