太陽能光伏發電在長汀收費所的應用淺析

■陳智偉

（福建省高速公路有限公司龍巖管理分公司，龍巖 364000）

太陽能光伏發電在長汀收費所的應用淺析

■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電項目的應用，進一步論述新能源項目在高速公路的應用前景。

收費所 太陽能 項目應用

現在大氣環境污染日益嚴重及國家對環境保護的重視，新能源技術不斷涌現，現在在我國主要的新能源有太陽能，風能、潮汐能、地熱能、生物質能、核能等技術。在福建省太陽能資源分布非常豐富，比較適合發展太陽能技術，我司響應國家號召，先后在高速公路收費站、隧道等地方安裝光伏發電項目，2015年5月我司在長汀收費所安裝了50kW光伏發電項目，該項目利用光伏發電和市電電網供電相結合的供電模式，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 太陽能電池發電技術原理

太陽能電池是以半導體材料為主，利用光電材料吸收光能后發生光電轉換，它利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變為電能的一種器件，這種光電轉換過程通常叫做“光生伏打效應”，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，在物理學上稱為太陽能光伏，簡稱光伏。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串、并聯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電裝置。

太陽能電池根據所用材料的不同，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，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。在長汀收費所光伏發電項目采用多晶硅太陽能電池技術，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

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，以致產生電子-空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，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區和空穴向帶負電的P區運動。通過界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產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，開路電壓的典型數值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產生的電子-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 太陽能電池的系統組成

以上是PN結接觸型太陽能發電的基本原理，若把幾十個或幾百個太陽能電池單體串聯、并聯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、并網計量柜等裝置組成太陽能發電系統，如下圖2所示：

圖2

2 長汀收費所光伏發電項目的建設與安裝

2.1 前期準備工作

根據電工對長汀收費所白天用電單元每隔2小時進行采集負荷，經測量白天用電負載大約為 38kW/h，并測量長汀收費所樓頂面積，其中辦公區域面積為485m2，兩棟宿舍樓頂面積為 483m2，根據以上數據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），建設裝機容量為50kW的光伏電站，系統年發電量約為5.3萬kWH。由于長汀收費所原先安裝好市電電網，同時收費所必須保持24h不間斷供電才能確保收費系統供電正常，綜上所述，在收費所安裝50kW/h并網發電光伏項目（不帶蓄電池）。

2.2 長汀所太陽能發電的建設與安裝

（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臺并網型組串式逆變器、并網計量柜、電纜線等。

（2）建設安裝

①支架安裝要充分考慮臺風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，太陽能的發電量最大），在偏離正南方向30°時，方陣的發電量將減少10%～15%，當偏離正南方向60°時，方陣發電量將減少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地的地理緯度有關系，當緯度較高時，相應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，分別安裝在辦公區和宿舍區的屋面上，在陽光照射下產生直流電，直流電分別接入2臺并網型組串式逆變器變成三相交流電，2臺并網型組串式逆變器安在辦公樓屋面上；2臺并網型組串式逆變器輸出的三相交流電經過并網計量箱后在辦公樓一層配電柜160A斷路器的下端進行并網，并網計量箱安裝在配電柜旁。原有配電房的變壓器容量、饋線柜開關容量、電纜荷載等符合設計要求，無需進行改造；并網逆變器為追蹤逆變器，逆變器的交流輸出將追蹤市電，輸出相序與電網相序一致，不會改變電網原有相序。當市電停電時，逆變器的追蹤目標為零，逆變器將停止交流輸出（防孤島）；當市電恢復供電或切換到柴油發電機供電時，逆變器重新追蹤新目標，恢復交流輸出。

⑤本項目光伏系統所發的電就近優先被收費站辦公樓負載所消耗，若辦公樓負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，導入配電房低壓母排上，就近供給接在母排上的其他負載使用。根據收費站以往用電情況，光伏所發的電完全能自行消納，基本沒有余電導入國家電網。電力部門將在并網計量箱內安裝專業計量表，用于計量光伏發電的總電量，同時開通總計量表的反向通道。

3 項目建設的價值和意義

（1）建筑節能：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，直接減少空調能源消耗10%以上，還對建筑屋面起到保護作用。

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

（3）長汀收費所光伏項目25年節能減排數據如下表1：

表1 25年節能減排數據

4 注意事項

（1）在并網發電計量后，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，觀察光伏發電使用情況，以及機電系統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 結束語

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

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

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