城市轨道交通光伏系统应用方案探讨芮伟强

城市轨道交通光伏系统应用方案探讨芮伟强

芮伟强

广州地铁集团有限公司

摘要：城市轨道交通配置有大面积车辆段、地面出入口等，具有应用光伏发电系统的广阔空间。在城市轨道交通地面出入口顶端设计方面，为了进一步的合理利用光能源,顶部结构一般会采用玻璃式的封顶结构，玻璃式封顶结构最大的优点就是能够合理的通过设置光伏系统进一步的利用光能资源。此外，城市轨道交通均有设置车辆段，用于车辆停放、检查、整备以及修理等，通常占地面积较大，具备通过设置光伏系统进一步的利用光能资源的条件。

关键词：光伏发电；太阳能；城市轨道交通；出入口；车辆段

在绿色新型能源利用理念不断提高发展的情况下，在城市轨道中有效的应用清洁能源已经成为了城市发展建设中需要重要考虑的问题。同时在绿色能源应用发展中，应该充分的结合绿色建筑方面设置合理的能源采集装置实现能源之间的转换。随着技术发展和应用水平的不断提高，光伏技术在应用发展中范围在不断的扩展，随着光伏转换技术中光能的采集利用效率的提高，电池片的转换效率也在进行着提高。并且由于技术方面的发展和改进，光伏系统设置的成本在不断的降低，因此在城市轨道交通出入口以及在车辆段设置光伏系统合理利用清洁绿色能源就成为了城市发展中需要进行改善的地方。

一、城市轨道交通采用光伏系统的示范作用

随着经济发展速度的不断提高，城市轨道交通作为城市公共交通的重要组成部分，近年来在我国取得了巨大的发展。截至2018年底，中国大陆地区共有35个城市开通城市轨道交通运营线路185条，运营线路总长度5761.4公里。随着城市轨道交通蓬勃发展，进一步提高能源资源利用效率，节能、环保是关键。

城市轨道交通地面出入口的位置一般都会设置电扶梯，以此来方便人们的使用，并且在轨道交通设计方面，对于电梯出入口方面的顶棚设计，为了达到较好的美观效果，在设计中较常采用的就是玻璃顶部的透明设计。夏季，由于气温普遍偏高，采用玻璃顶部的设计会直接汇聚光能，导致轨道交通出入口的位置温度上升。甚至在一些极端的情况下，由于扶梯机房内温度过高导致扶梯保护性停梯，对通行的便利性和安全性受到影响。为了有效的解决这个问题，可以通过在城市轨道交通出入口位置顶部设计上，合理的设置太阳能光伏系统，进一步解决温度升高的问题，同时合理的利用光能资源。

城市轨道交通均有设置车辆段，用于车辆停放、检查、整备以及修理等，通常占地面积较大，具备通过设置光伏系统进一步的利用光能资源的条件。

在城市轨道交通中设置光伏系统，能够产生良好的节能示范效果。

二、城市轨道交通光伏系统设置方案

1.光伏系统组成及设置方案

光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。主要分为离网发电系统与并网发电系统以及分布式光伏发电系统。

分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调解。

分布式光伏发电系统具有系统相互独立、可自行控制以及安全性高等优点，城市轨道交通可应用此种设置方案。

光伏发电系统由光伏方阵（光伏方阵由光伏组件串并联而成）、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。

（1）光伏组件。其作用是将太阳能转化成为电能，或送往蓄电池中存储起来，或带动用电设备工作。

（2）控制器。控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

（3）蓄电池组。蓄电池组的作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。

（4）逆变器。太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能光伏发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

2.光伏组件城市轨道交通出入口及车辆段安装

光伏组件（也叫太阳能电池板）是光伏系统中的核心部分，也是光伏系统中最重要的部分。在城市轨道交通出入口及车辆段太阳能光伏组件安装的过程中，太阳能电池片类型的采用上应该采用硅晶体的高效电池片，并且通过光伏系统中的光伏组件和太阳能电池之前形成系统之间的连接，采用蓄电池硅晶体的构造，增强在太阳光能转化之间的效率，同时在光伏组件的设置中，为了增强电池膜在光能反射中的效率，就要通过设置化学的气相沉积氮化硅膜提高光能转换的效率。具体在开展光伏工程设计中，应该根据施工现场玻璃板的面积来确定。

图1-光伏系统组成原理

3.城市轨道交通光伏系统发电量设置方案

在城市轨道交通光伏项目设置和开展的过程中，为了进一步的提高绿色能源使用的效率的提高，和绿色能源使用的推广和宣传效果，就要对光伏系统设计方案进行优化，进一步的提高轨道交通的光伏系统设置科学性，以此来进一步的提高光伏系统的发电量，使整个轨道交通运行中通过光伏系统电能的供应提高轨道交通的使用便捷性设备供电的安全，在光伏系统发电量设置中应该使太阳能光伏设备能够采集到面积较大的光能，使发电量进一步的提高。

三、城市轨道交通采用光伏系统的效益分析

在能源危机日益严重的情况下，就要在能源利用中充分的重视对太阳能等可再生能源的利用。以广州地铁为例，2018年广州地铁鱼珠车辆段5兆瓦光伏项目建设完成并正式并网，该项目为国内规模最大的结合城市轨道交通的分布式光伏电站。该光伏项目位于五号线鱼珠车辆段内，在车辆段运用库、主检修库等共计约7万平方米的屋面安装太阳能光伏发电设备，采用自发自用，余电上网模式。预计项目年平均发电量能达到420万千瓦时，每年可替代1623.45吨煤炭消耗，实现节能降耗、绿色可持续发展的目标。项目发电将引入地铁线网，在满足车辆段全年用电的前提下，剩余部分供五号线使用，每年节约电费超过40万元。

结语：

在城市基础交通设施设计和建造的过程中，应该充分的考虑到项目建设中对绿色能源资源的充分利用，通过在城市轨道交通中设置光伏发电系统，进一步的对光能资源的利用做出良好的宣传，促进城市发展过程中人们利用太阳能资源的意识。

参考文献：

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[2]韩蕾.面向无线传感器网络节点的微型光伏电源系统研究[D].南开大学,2016.

[3]魏亚楠.智能电网中多种发电模式联合调度模型及效益评价研究[D].华北电力大学,2016.

[4]谢磊,万宏,潘高枫.1500V光伏系统PID效应解决方案探讨[J].太阳能,2018,05:25