光伏發電系統在重慶軌道交通中的應用

張 釗

（重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司，重慶401122）

0 引言

近年來，我國城市軌道交通發展十分迅速，大多數省會城市均在不同程度地發展軌道交通。由于各條軌道交通線路均設有車輛段或停車場，另外一些軌道交通線路還設有高架車站，這些都為太陽能光伏發電系統在城市軌道交通中應用提供了外部條件。目前，為貫徹國家能源政策，軌道交通行業積極利用太陽能等可再生能源，以探索應對能源匱乏、緩解電力緊張、保障可持續發展的重要舉措。利用太陽能光伏發電能降低運營成本，為建設綠色軌道交通積累經驗。重慶軌道交通2、3號線以高架車站和高架區間為主，其場地上的優勢為太陽能光伏發電系統的應用提供了可靠條件。

1 現場資源和環境條件

重慶位于北半球副熱帶內陸地區，年均氣溫為18℃。1月份氣溫最低，月均氣溫為7℃；7～8月份氣溫最高，多在27～38℃之間，最高極限氣溫可達43.8℃。重慶年均日照時數為1 259.5h。7～8月份略高，月均日照時數為230h；其他月份在150h左右。重慶地區某年各月氣象狀況統計數據如表1所示。

表1 重慶地區某年各月氣象狀況統計數據

2 光伏發電系統方案

系統設在軌道交通2號線大堰車輛段綜合樓屋頂花架上，可利用面積約為35m2，該處周圍無遮陽建筑，視野開闊。光伏發電系統原理圖如圖1所示，光伏陣列產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電，之后經內部配電網接入市電網絡。系統主要由太陽能電池組件方陣和并網逆變器組成，配之以接線盒、配電柜、電纜和電度表等輔助器材，并配置相應的數據采集、數據通信和數字顯示等設備。

圖1 系統原理圖

2.1 光伏陣列安裝方式

為使組件陣列獲得最多太陽輻射能，需要確定組件陣列的傾斜角度，并朝向正南。利用RETScreen軟件，選取建設地緯度值上下15°范圍內的角度進行計算，并比較對應的輸出值，即可確定最佳傾斜角。由該軟件模擬計算出本項目太陽能陣列的最佳傾角為20°。

2.2 系統組成

太陽能電池采用STP180S－24／Ad型單晶硅組件，其峰值功率為180W，峰值電壓為30V。系統中共采用該型號組件27塊，總裝機功率為4.86kWp。系統采用3個小型并網逆變器（SG1K5TL）實行逆變就近控制，靈活并入內部配電網。

如圖2所示，全部27塊太陽能電池組件每9塊串聯、共3個支路，每個支路接入1臺SG1K5TL逆變器的對應輸入端。

圖2 光伏電池陣列

3 效益分析

根據RETScreen軟件計算出本項目太陽能系統的全年發電量為4 298kW·h，月發電量數據如表2所示。該套光伏發電系統經過一年運行，統計發電量為3 156kW·h，具體月發電量數據如表3所示。

根據圖3和圖4對比理論計算與實際發電量，得出該套太陽能光伏發電系統效率為73.4%，達到同類型系統的平均水平，其社會效應和環保效應效果比較明顯，具有可操作性，為在重慶軌道交通高架車站、高架區間及停車場和控制中心大樓安裝太陽能光伏發電系統提供了較為詳實的參考依據。太陽能屬于清潔可再生能源，無論從能源角度還是從環境角度，其都是未來發展的重點，光伏并網發電的推廣應用，無疑會帶來良好的環境效益。

可以粗略計算環境效益如下：本項目年發電量為3.156MW，年節約標煤1 262kg，減排碳粉塵858.43kg，減排二氧化碳3 146.5kg，減排二氧化硫94.67kg，減排氮氧化合物47.3kg。

表2 理論計算預期月發電量 單位：kW·h

表3 本系統實際月發電量統計 單位：kW·h

圖3 月度發電量對比

4 結語

為響應政府政策，提倡使用潔凈能源，積極配合“兩型”社會建設，在重慶軌道交通3號線的四公里車站和金渝車站推廣應用太陽能光伏發電系統，對降低運營成本、節約能源有較為明顯的效果。軌道交通作為一種公共交通，客流量大，在城市軌道交通中使用太陽能光伏發電系統起到了較好的示范和宣傳作用。

圖4 年度發電量對比

［1］崔容強，趙春江，吳達成.并網型太陽能光伏發電系統［M］.北京：化學工業出版社，2007

［2］孔娟.太陽能光伏發電系統的研究［D］.青島大學，2006

［3］曹祥，張斌.封周變電站屋頂太陽能光伏發電系統研究［J］.華東電力，2009（4）