太陽能光伏發(fā)電在長汀收費所的應(yīng)用淺析

■陳智偉

（福建省高速公路有限公司龍巖管理分公司，龍巖 364000）

太陽能光伏發(fā)電在長汀收費所的應(yīng)用淺析

■陳智偉

（福建省高速公路有限公司龍巖管理分公司，龍巖 364000）

本文通過在長汀收費所太陽能光伏發(fā)電項目的應(yīng)用，進一步論述新能源項目在高速公路的應(yīng)用前景。

收費所 太陽能 項目應(yīng)用

現(xiàn)在大氣環(huán)境污染日益嚴(yán)重及國家對環(huán)境保護的重視，新能源技術(shù)不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在在我國主要的新能源有太陽能，風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、核能等技術(shù)。在福建省太陽能資源分布非常豐富，比較適合發(fā)展太陽能技術(shù)，我司響應(yīng)國家號召，先后在高速公路收費站、隧道等地方安裝光伏發(fā)電項目，2015年5月我司在長汀收費所安裝了50kW光伏發(fā)電項目，該項目利用光伏發(fā)電和市電電網(wǎng)供電相結(jié)合的供電模式，該項目的投入即有利于太陽能清潔能源得到使用，同時降低了我司的運營成本。

1 太陽能電池發(fā)電技術(shù)原理

太陽能電池是以半導(dǎo)體材料為主，利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，它利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，因此，太陽能電池又稱為“光伏電池”。只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流，在物理學(xué)上稱為太陽能光伏，簡稱光伏。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串、并聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池板組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：晶硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池等。其中晶硅太陽能電池又分為單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池兩種，由于多晶硅太陽能電池材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。在長汀收費所光伏發(fā)電項目采用多晶硅太陽能電池技術(shù)，多晶硅太陽能電池板由多晶硅太陽能電池片、鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。

1.1 太陽能電池的光伏效應(yīng)

如果光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子-空穴對。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運動。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個向外的可測試的電壓。此時可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。如下圖1所示:

圖1

1.2 太陽能電池的系統(tǒng)組成

以上是PN結(jié)接觸型太陽能發(fā)電的基本原理，若把幾十個或幾百個太陽能電池單體串聯(lián)、并聯(lián)起來封裝成為太陽能電池板組件，若干塊電池板組成太陽能電池方陣，通過逆變器、并網(wǎng)計量柜等裝置組成太陽能發(fā)電系統(tǒng)，如下圖2所示：

圖2

2 長汀收費所光伏發(fā)電項目的建設(shè)與安裝

2.1 前期準(zhǔn)備工作

根據(jù)電工對長汀收費所白天用電單元每隔2小時進行采集負(fù)荷，經(jīng)測量白天用電負(fù)載大約為 38kW/h，并測量長汀收費所樓頂面積，其中辦公區(qū)域面積為485m2，兩棟宿舍樓頂面積為 483m2，根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析決定安裝光伏組件250W/件，總共200件 （其中辦公樓樓頂120件，兩棟宿舍樓頂 80件光伏組件），建設(shè)裝機容量為50kW的光伏電站，系統(tǒng)年發(fā)電量約為5.3萬kWH。由于長汀收費所原先安裝好市電電網(wǎng)，同時收費所必須保持24h不間斷供電才能確保收費系統(tǒng)供電正常，綜上所述，在收費所安裝50kW/h并網(wǎng)發(fā)電光伏項目（不帶蓄電池）。

2.2 長汀所太陽能發(fā)電的建設(shè)與安裝

（1）安裝材料

本工程中涉及的安裝的材料有多晶硅太陽能電池板、太陽能電池板安裝支架、2臺并網(wǎng)型組串式逆變器、并網(wǎng)計量柜、電纜線等。

（2）建設(shè)安裝

①支架安裝要充分考慮臺風(fēng)及強對流天氣對電池板方陣的影響，支架安裝在屋面上，用膨脹螺絲固定，固定好支架后擰緊其它緊固螺絲。

②太陽能電池板的安裝方向以正南方向為好 （即方陣垂直面與正南方向夾角為0°時，太陽能的發(fā)電量最大），在偏離正南方向30°時，方陣的發(fā)電量將減少10%～15%，當(dāng)偏離正南方向60°時，方陣發(fā)電量將減少20%～ 30%。

③傾斜角度是太陽能方陣與水平面的夾角，并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時的最佳傾斜角度，一年中最佳的傾斜角度與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)系，當(dāng)緯度較高時，相應(yīng)的傾斜角度也要較大，福建省的地理緯度處于北緯24°22′～25°56′，因此安裝傾斜角度為20°左右為最佳傾斜角度。

④光伏方陣的電纜安裝，光伏組件分兩組，分別安裝在辦公區(qū)和宿舍區(qū)的屋面上，在陽光照射下產(chǎn)生直流電，直流電分別接入2臺并網(wǎng)型組串式逆變器變成三相交流電，2臺并網(wǎng)型組串式逆變器安在辦公樓屋面上；2臺并網(wǎng)型組串式逆變器輸出的三相交流電經(jīng)過并網(wǎng)計量箱后在辦公樓一層配電柜160A斷路器的下端進行并網(wǎng)，并網(wǎng)計量箱安裝在配電柜旁。原有配電房的變壓器容量、饋線柜開關(guān)容量、電纜荷載等符合設(shè)計要求，無需進行改造；并網(wǎng)逆變器為追蹤逆變器，逆變器的交流輸出將追蹤市電，輸出相序與電網(wǎng)相序一致，不會改變電網(wǎng)原有相序。當(dāng)市電停電時，逆變器的追蹤目標(biāo)為零，逆變器將停止交流輸出（防孤島）；當(dāng)市電恢復(fù)供電或切換到柴油發(fā)電機供電時，逆變器重新追蹤新目標(biāo)，恢復(fù)交流輸出。

⑤本項目光伏系統(tǒng)所發(fā)的電就近優(yōu)先被收費站辦公樓負(fù)載所消耗，若辦公樓負(fù)載消耗不完的光伏電，將通過辦公樓配電柜原有的進線電纜，導(dǎo)入配電房低壓母排上，就近供給接在母排上的其他負(fù)載使用。根據(jù)收費站以往用電情況，光伏所發(fā)的電完全能自行消納，基本沒有余電導(dǎo)入國家電網(wǎng)。電力部門將在并網(wǎng)計量箱內(nèi)安裝專業(yè)計量表，用于計量光伏發(fā)電的總電量，同時開通總計量表的反向通道。

3 項目建設(shè)的價值和意義

（1）建筑節(jié)能：該項目為建筑一體化工程，無需占地，在屋面安裝光伏陣列，能起到隔熱作用，直接降低頂層溫度，直接減少空調(diào)能源消耗10%以上，還對建筑屋面起到保護作用。

（2）電氣節(jié)能：本項目系統(tǒng)采用就地并網(wǎng)方式，電纜線路短，逆變器安裝點靠近用電負(fù)荷配電室位置，線損小。

（3）長汀收費所光伏項目25年節(jié)能減排數(shù)據(jù)如下表1：

表1 25年節(jié)能減排數(shù)據(jù)

4 注意事項

（1）在并網(wǎng)發(fā)電計量后，需要進一步跟蹤計量情況，和去年同期、上個月的電量進行比較。

（2）市電電壓有變化時，觀察光伏發(fā)電使用情況，以及機電系統(tǒng)UPS運行情況是否正常。

（3）定期清洗太陽能光伏電池板的表面，提高太陽能的吸收率。

5 結(jié)束語

通過對長汀收費所太陽能光伏發(fā)電項目的成功推廣應(yīng)用，接下來我司將在高速公路服務(wù)區(qū)、隧道逐步推廣太陽能光伏發(fā)電項目。在此，本文通過對長汀收費所分布式光伏發(fā)電項目的分析探討，希望對相關(guān)從業(yè)者有所幫助。

[1]劉楊華,吳政球,涂有慶,等.分布式發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2009.32（15）：71-76.

[2]李曉明,劉淑瓊.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)的影響及對策 [J].技術(shù), 2009，11:80-83.