分布式光伏發(fā)電在高速服務區(qū)中的應用分析

王偉華

摘要隨著石化資源使用對環(huán)境污染的日益嚴重，政府提出節(jié)能減排的鼓勵政策。分布式光伏發(fā)電將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，是太陽能技術應用的主要方式。分布式光伏發(fā)電在高速服務區(qū)的應用，可以滿足服務區(qū)的日常用電需求，集約化利用土地，對于優(yōu)化能源結構、改善生態(tài)環(huán)境，具有十分重要的意義。本文以此為背景，闡述太陽能光伏發(fā)電技術的原理，結合實際案例，詳細分析太陽能光伏發(fā)電在高速服務區(qū)的應用，旨在促進我國清潔能源的高效利用與持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：分布式;光伏發(fā)電;并網(wǎng);高速服務區(qū);節(jié)能減排

1.分布式光伏發(fā)電概述

1.1分布式光伏發(fā)電原理

光伏電池由半導體材料構成，可以實現(xiàn)光能與電能之間的有效轉(zhuǎn)換，是光伏發(fā)電的基本單元。在光伏電池中加入Li、Na等元素[1]，以平衡晶體硅中的電荷，實現(xiàn)光照下的電荷自由移動。隨著光照時間的不斷加長，積累的電荷在晶體硅兩端閉合時產(chǎn)生電能，實現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化。

1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)

由多晶體硅組成的光伏方陣（串聯(lián)或并聯(lián)）、控制器、逆變器和蓄電池組，一起構成光伏發(fā)電系統(tǒng)。多晶硅組成的光伏方陣將光能轉(zhuǎn)化成電能，并通過逆變器實現(xiàn)直流和交流的轉(zhuǎn)換，為用戶提供所需的電腦。當光伏發(fā)電量大于用戶所需電量時，蓄電池將多余電能存儲，并在光伏發(fā)電量小于用戶所需電量時，給予相應的電能補充，以保證輸出電量的穩(wěn)定。

1.3光伏發(fā)電的優(yōu)點

光伏發(fā)電具有諸多優(yōu)點，但適合于高速公路服務區(qū)的優(yōu)點主要有幾方面：

（1）便捷性

光伏發(fā)電不受地域限制，可以在任何有光的位置進行發(fā)電。同時，電能通過蓄電池存儲，反復利用。同時，光伏發(fā)電與傳統(tǒng)電網(wǎng)的融合，可以保持整個供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，保證高速服務區(qū)的用電需求。

（2）環(huán)保型

高速服務器的運行處于自然環(huán)境中，對周圍的環(huán)境和農(nóng)業(yè)用地產(chǎn)生影響。為了響應國家的號召，以及節(jié)能發(fā)展戰(zhàn)略。高速服務區(qū)應該減少碳排放、污水排放等，保護周圍的自然資源。

（3）經(jīng)濟性

高速服務區(qū)離城市比較遠，傳統(tǒng)的電網(wǎng)要鋪設到服務區(qū)，需要大量的資金。另外，服務區(qū)的工作人員較少，大幅基礎設施建設，容易造成資金浪費。光伏發(fā)電屬于無污染、經(jīng)濟的能源，每度電的成本在0.1元以內(nèi)，且后期維護成本較低。

2.高速服務區(qū)應用分布式光伏發(fā)電的原因

目前，交通部為了響應國家提出的節(jié)能減排政策，再告訴我公路服務區(qū)設置了一系列太陽能發(fā)電站，以滿足交通系統(tǒng)的用電需求。高速公路服務區(qū)離市區(qū)較遠，電網(wǎng)鋪設成本較高，且擁有較多的土地資源，適合于分布式太陽能光伏發(fā)電。服務區(qū)實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電，可以有效的減少白天的電力供應壓力，維持電力能源的供給穩(wěn)定[2]。同時，獨立的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將多余電能存儲，滿足服務區(qū)的夜晚供電需求。因此，分布式光伏發(fā)電不僅可以提高服務區(qū)的土地資源利用率，而且降低服務區(qū)對周圍環(huán)境的污染。

3.實際案例分析

長田收費站和人子石隧道為了響應政府的節(jié)能減排政策，在服務區(qū)建立分布式光伏發(fā)電站。在施工之前綜合分析服務區(qū)的電力資源使用情況，長田收費站安裝光伏組件144塊，面積為236m2，以2豎排12列分布，1個光伏陣列單元，整體組成1個組串，共計6個光伏陣列單元，總容量為43.2kW;人子石隧道口中間空地安裝太陽能組件數(shù)為168塊，面積275 m2，以1豎排24列分布，2個光伏陣列單元，整體組1個組串，總容量50.4KW，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量合計為93.6KW。本項目采用“低壓并網(wǎng)”模式，在構建光伏電站前，與供電企業(yè)簽署相應協(xié)議，保證服務區(qū)硬件工程享有最優(yōu)惠電價。

3.1相關設計標準

3.1.1安全標準

在進行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的整個安裝過程中，相關設計人員要保證安裝系統(tǒng)的安全和可靠，避免由于供電問題導致長田收費站出現(xiàn)系統(tǒng)故障。在設計過程中，應該進行防雷、防震等保護措施，對相關接線進行電路保護，避免由于線路裸露而導致整個系統(tǒng)短路。在進行系統(tǒng)安裝的過程中，避免進行帶電作業(yè)，可以對收費站進行暫停服務。同時，防止太陽光通過光伏組件反射，影響過往車輛導致安全隱患，人子石隧道前立柱設計高度為1800mm，正南陰影倍率為1.44～1.50之間，組件傾角在15°。

3.1.2可靠性標準

光伏發(fā)電系統(tǒng)要進行安裝后的測試，特別是逆變器、電纜導線和接線箱等關鍵部件，并對光伏發(fā)電進行電力監(jiān)測。同時，制定相應的檢查和維修制度，定期對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行檢測和維修。服務區(qū)要配備相應的專職人員，每天對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時與電力企業(yè)的相關人員進行聯(lián)系[3]。

3.1.3高效標準

長田收費站在應用分布式光伏系統(tǒng)時，要充分考慮自身的用電負荷，以及車流高峰的用電量，以對光伏發(fā)電的最大電流量進行設定。同時，電力企業(yè)要對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行全面考慮，不僅要考慮到整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能（日常用電、收費用電、應急用電等），還要考慮整個發(fā)電系統(tǒng)的運行效率，減輕系統(tǒng)的承載負荷。

3.1.4無遮擋標準

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要大量的陽光，才能實現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化，以滿足長田收費站的實際需要。電力企業(yè)相關人員在進行分布式光伏發(fā)電設計時，要確保所有光伏組件能夠充分接收到陽光，實現(xiàn)高效率的光電轉(zhuǎn)化。設計人員要對長田收費站的光線進行測量，統(tǒng)計太陽的高度和太陽的強度，選擇陽光充足的位置，進行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)構建。在光伏發(fā)電系統(tǒng)使用過程中，長田收費站的相關人員，應該避免進行光伏發(fā)電站的陽光遮擋，去吧光伏電池組能夠獲得充足的陽光，為收費站提供最大的電能輸出。

3.2分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構成

長田收費站光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、直流集線箱、直流匯線箱、逆變器、并網(wǎng)柜，以及相關監(jiān)控系統(tǒng)構成。光伏面板陣列設置在常年服務區(qū)北區(qū)的綜合樓、配電房、員工宿舍、和機械樓的樓頂。光伏面板的斜面采用平鋪的安裝方式，有2500瓦多晶硅光伏組件構成，組件的總容積量達到93.6Wp，并由36kW逆變器進行直流電轉(zhuǎn)化。光伏發(fā)電系統(tǒng)采用380V低壓并網(wǎng)的方式，與服務器內(nèi)部電網(wǎng)低壓側進行并聯(lián)，實現(xiàn)即插即用的輸電方式。同時，光伏發(fā)電多余的電量，與主網(wǎng)進行并聯(lián)，由電力企業(yè)以網(wǎng)上電價進行經(jīng)濟補償。長田收費站光伏發(fā)電系統(tǒng)構建完成以后，服務區(qū)與供電企業(yè)簽署并網(wǎng)驗收協(xié)議，并實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)構建完成以后，不同月份的發(fā)電量相差很大，最高月份的發(fā)電量是最低月份的2倍以上。其中，5～10月份的發(fā)電量最高，6月份的發(fā)電量占全年總發(fā)電量的50%以上，主要是由于6月的太陽光輻射強度最大。長田服務區(qū)應該定時調(diào)整光伏組件的傾角，減少太陽光的反射率，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能。從全年的角度來說，長田收費站光伏發(fā)電系統(tǒng)的平均發(fā)電值為760.7千瓦每小時，服務區(qū)年用電量為1023.7千瓦每小時，年節(jié)省節(jié)能折合成標準煤為346.7噸。

3.3系統(tǒng)運行情況

全天收費站光伏系統(tǒng)于2019年3月開始正式發(fā)電，服務區(qū)的用電量來自光伏系統(tǒng)和市政供電兩部分;光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電量不行為服務區(qū)用電設備提供電能，剩余電量可以供至市政電網(wǎng)，在服務區(qū)患者相關的經(jīng)濟效益。在服務區(qū)配電站0.4Kv進線側，設置計量關口的電能表。同時，在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點處，家裝電能計量裝置，分別實現(xiàn)對服務區(qū)用電量、市政供電量的計算。2019年個月光伏系統(tǒng)發(fā)電情況，如下表所示：

3.4光伏發(fā)電在高速服務區(qū)的應用前景

由表1可知，光伏發(fā)電在高速服務區(qū)的應用比例為120：1，遠遠超過傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電。另外，光伏發(fā)電安全、節(jié)能，對于周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響較小，且為服務器節(jié)約大量的資金。未來光伏發(fā)電可以應用于偏遠地區(qū)的服務區(qū)，或者比較小的服務區(qū)。隨著光能發(fā)電能力的提高，光伏發(fā)電可以為服務區(qū)的周圍居民供電，或者相關生產(chǎn)供電。另外，服務器可以為過往的混電車輛提供應急充電?？傊夥l(fā)電在服務區(qū)的應用前景廣闊，自身的環(huán)保、節(jié)能優(yōu)勢將會大幅顯現(xiàn)。

4.結束語

分布式光伏發(fā)電可以在服務區(qū)提供所需電能，并降低服務區(qū)的運行成本，減少對周圍環(huán)境的污染。同時，分布式光伏發(fā)電可以提高服務區(qū)綠色環(huán)保效能，滿足國家節(jié)能減排的政策要求。本文以長田收費站光伏發(fā)電為例，通過實際調(diào)查研究顯示，光伏發(fā)電不僅可以滿足服務區(qū)的用電需求，而且可以將剩余通過并網(wǎng)方式輸入給市政，在服務區(qū)換得一定的經(jīng)濟效益。整體來說，光伏發(fā)電在服務區(qū)的有效利用，不僅充分利用服務區(qū)的土地資源，而且提高服務區(qū)的社會效益，為其他服務區(qū)電能的應用提供借鑒。

參考文獻

[1]唐明濤，陳志強，王志剛，等.分布式光伏發(fā)電在高速公路交通設施中的應用[J].太陽能，2016，28（9）：28～31.

[2]戚劍勇，陳賢哲，諸榮耀，等.分布式太陽能光伏發(fā)電在高速公路服務區(qū)中的應用探究[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，10（3）：292.

[3]陳賢哲.淺談光伏發(fā)電技術在高速公路的應用[J].工程技術：引文版，2016，14（4）：107.