太陽能光伏發電系統在高速公路領域的應用探討

李明霞

摘 ?要：通過分析太陽能光伏發電系統在高速公路領域的應用情況，以及我國高速公路網的現狀及規劃情況，提出了太陽能光伏發電系統適合在我國高速公路領域廣泛應用的觀點，有利于推進綠色公路的發展建設。

關鍵詞：太陽能光伏發電系統;高速公路;清潔能源;綠色公路

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）31-0177-03

Abstract： Based on the analysis of the application of solar photovoltaic system in the field of expressway， as well as the present situation and planning of expressway network in our country， this paper puts forward the viewpoint that solar photovoltaic power generation system is suitable for wide application in the field of expressway in our country， and therefore it is helpful to promote the development and construction of green highway.

Keywords： solar photovoltaic power generation system; highway; clean energy; green highway

引言

隨著我國高速公路的迅猛發展，交通運輸部近期提出了綠色公路的標準要求。我國的高速公路工程建設正在發生著很大的變化，特別是高速公路服務設施提檔升極后，使得高速公路服務設施不斷擴建與改造，致使其日常的用電量逐漸增多。為解決高速公路領域日益增加的用電需求和有效提高土地資源的利用率的問題，在高速公路領域推廣應用太陽能光伏發電系統，是一種既具有保障能源供給、改善生態環境的長遠戰略意義，同時又具有節約自然資源、降低能耗成本的現實經濟意義的方法。本文將結合太陽能光伏發電系統在高速公路領域中的應用實例來進行研究探討。

1 太陽能光伏發電系統原理

太陽能光伏發電是利用“光生伏特效應”，將接收到太陽輻射的光能，轉換為電能。光伏發電系統分為獨立式發電系統和并網式發電系統兩種方式。

1.1 獨立式發電系統

獨立式發電系統是指不與電力系統的供電網絡相連。該系統由光伏方陣（太陽能電池串并聯封裝而成）、控制器、蓄電池組和直流/交流逆變器等構成，如圖1所示。

該系統由光伏組件產生的直流電，可以直接供給直流負荷使用或經過逆變器轉成交流電供給交流負荷，還可以用蓄電池等儲能裝置將電能存放起來，根據需要隨時釋放出來使用。

1.2 并網式發電系統

并網方式根據裝機模式可分集中式和分布式兩種。目前我國高速公路領域采用的是分布式并網發電系統。根據高速公路沿線服務設施的具體分布情況，設計布置不同規格和不同朝向的光伏陣列，然后將相同朝向、相同規格的光伏陣列分別通過單能逆變器匯流，再經多臺逆變器集中后形成分布式并網發電方式。具體實施方案（如圖2）。

該系統所發電能除供給系統內負荷外，多余電能還可以上匯到公共電網;若電能不足時，也可以通過公共電網給負荷提供電能，供電靈活可靠，同時減少了對蓄電池的投資和維護費用，是一種經濟適用的方式。

經過以上分析可知，和傳統供電模式相比，太陽能光伏發電技術從設計理念到運行模式等各方面都進行了創新。太陽能光伏發電系統采用的新理念、新技術、新材料更貼近國家對綠色節能的要求。

2 太陽能光伏發電系統在國內外高速公路的應用現狀

快速發展的光伏發電系統，已被廣泛地應用于高速公路領域。下面就列舉幾個光伏發電系統在高速公路的應用實例：

2.1 意大利的太陽能光速公路

2011年1月1日世界上第一條使用太陽能電池高速公路對外開放。該高速公路為連接意大利卡塔尼亞-錫拉庫薩A18高速公路（西西里島600km西西里島高速公路網絡中新增的一段30km的高速公路），是世界上第一條完全由太陽能電池作為主要動力的電氣化高速公路（如圖3所示）。每年的發電量密度預計大約為1200萬kW·h，能夠完全滿足整段高速公路的用電力需求。

A18高速公路光伏發電系統

2.2 茶條嶺隧道光伏發電系統

2014年1月，陜西高速集團在十天高速漢中東段茶條嶺隧道基礎上建設的110KWp分布式光伏發電系統工程并網項目順利地完工，建成之后的效果圖設計如圖4所示。該光伏發電系統并網工程全部建成并網后，年平均發電量最高并網能力可達5.04萬kW·h，其所發的電力主要是應用于茶條嶺隧道內的風機及日光燈照明。

2.3 榆社東高速收費站光伏發電系統

2018年5月10日，山西省榆社至和順高速公路榆社東高速收費站分布式光伏發電系統成功試運行（見圖5）。該項目是山西省高速公路在該領域零的突破。該系統所發電量主要用于該站的辦公區和場區用電，該項目預計年可節約標準煤5.4萬噸。

以上案例可見，隨著太陽能光伏發電技術的日趨完善，太陽能光伏發電系統越來越適用在高速公路領域，主要可以應用在以下方面：（1）緊急救援電話系統;（2）道路檢測系統;（3）監控系統;（4）交通標志及警示設施;（5）主線、匝道、收費廣場、立交隧道的照明;（6）公路廣告牌;（7）電子指示牌服務區等的供電系統。

3 太陽能光伏發電在高速公路領域的應用前景

3.1 從我國的太陽能資源方面分析

根據《太陽能資源評估方法》（QXT 89-2008）確定的標準，我國是太陽能資源相當豐富的國家之一，年總輻射量在3000～7500MJ/m2之間，年日照時數在870～3570h 之間。豐富的太陽能資源有利于我們推廣應用太陽能光伏發電系統。

3.2 從我國交通運輸行業的發展戰略層面分析

交通運輸部提出了綠色公路的標準，要求高速公路發展領域進一步優化能源結構和節能降耗，新能源的應用勢在必行;智慧交通的發展，增加大量的設備智能設備和自動化控制設備，以及高速服務區的檔次提升等對用電量需求會有明顯的增加;而太陽能光伏發電系統的特性決定了其更加適合應用于在高速公路領域的應用。

3.3 從我國高速公路網現狀及規劃層面分析

目前我國高速公路網絡已形成規模，用電需求基本趨于穩定，服務設施和交通工程周圍有大量的閑置屋頂和土地資源，因此參考國內外已有的經驗和做法，可在我國高速公路領域大力建設太陽能光伏發電系統，由此來推動我國創建環保節約型公路的建設發展。

根據我國高速公路網規劃，今后相當長的一段時期

內，公路建設將重心轉向山嶺重丘區，項目沿線多為經濟不發達的地區，社會供電資源匱乏，電源質量較差，而將電力長途輸送到用電量需求的地方，電能損耗較大，需要增加輸電線路投資，因此應用太陽能光伏發電系統可以很好地實現利用當地自然資源來滿足高速公路設施用電需求。

4 太陽能光伏發電系統在高速公路領域應用需要注意解決的技術問題

分析總結國內外太陽能光伏發電系統在高速公路領域應用的情況得出，太陽能光伏發電系統要更好地在高速公路領域推廣應用，我們應注意解決好以下技術問題：（1）不同朝向電池板發電的均衡匹配問題;（2）并網接入安全可靠性及多電源切換性;（3）建筑屋頂承重與太陽能電池板安裝穩定需要兼顧;（4）現有斜屋頂面安裝太陽能電池要解決的固定和防水問題;（5）不同建筑物之間太陽能電池陣列之間串并聯連接的成本。

5 結束語

綜上所述，太陽能光伏發電是一種具有環境效益和經濟效益的很好的清潔能源，太陽能光伏發電系統在高速公路領域的廣泛應用，切合“交通+能源”“高速+光伏”的清潔低碳路域經濟發展思路，必將對綠色公路的建設起很大的推進作用。

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