天津西站太阳能光伏并网发电系统的建设

摘要：天津西站光伏并网发电工程采用与铁道部合作的方式，由建设单位租赁天津西站太阳能设备用房。本文通过对太阳能光伏组件的选型、布置、发电量预测以及经济技术的分析研究，确定项目的可行性，从而达到铁道部与建设单位双赢的效果，实现天津西站绿色节能建筑的理念。

关键词：太阳能电池；并网发电系统；选型

Abstract：TianJin West Railway Station photovoltaic grid-connected power generation project cooperates withthe Ministry of Railways and the construction unit leases rooms of TianJin West Railway Station for solar equipment room. This article through to the solar photovoltaic component selection, layout, power prediction and economic and technical analysis, to determine the feasibility of the project, so as to achieve the Ministry of Railways and the construction unit the win-win effect, achieve energy-saving green building concept of TianJin West Railway Station.

Keywords: solar photovoltaic component; Grid-connected generation system; Selection of

中图分类号：TM914.4文献标识码： A 文章编号：

1 项目概况

天津西站是京沪高速铁路五个大型节点车站之一，是连接东北、华东重要的交通枢纽。京沪、京津城际、津秦、津保引入天津西站，车场规模13台26线。站房南北全长382米，东西282米。

天津西站站区内建筑占地面积大，无高大建筑，是建设太阳能光伏发电场的理想场所，尤其是面积约7.5万平方米的两侧站台雨棚，周围没有任何遮挡，从建筑布局和结构形式上分析，无站台柱雨棚区屋顶平坦，无突出杂物，适合采用太阳能光伏发电电池组件和雨棚的光伏建筑一体化设计。辅楼区和裙房区太阳光照受到站房主体影响，太阳能设计采光条件较差，不适合敷设太阳电池板。

图1 天津西站雨棚太阳能电池板布置整体效果图

天津位于华北平原，日照时数多，太阳辐射能富裕，光照条件优越。年平均日照时数 2699.11h, 历年各月日照时数最长月份出现在5月为10.1小时，最短月份在12月为5.6小时，十分利于发展太阳能新能源。

本项目的安装总容量为1883.84kWp，年发电量为233.47万kWh。

在主站楼两侧的雨棚顶上建设建筑一体化的光伏发电场，根据雨棚的面积大约可敷设2MW 左右的太阳能薄膜电池组件，东西雨棚的电池组件布置轮廓呈蝴蝶翅膀的形状，与西站主体结合仿佛一只翩翩起舞的蝴蝶。

根据《国家电网公司“十二五”配电网规划（技术原则）指导意见》，并综合考虑西站周边地区电网结构以及电网内现有电压等级配置等因素综合确定，接入电网系统采用10kV高压并网。由于存在将来的售电许可以及产权划分等问题，本项目不接入铁路西站配电所，而是通过一回10kV电缆线路并入天津市城西供电分公司管辖范围内的西站35kV变电站114间隔。

为获得政府补贴，光伏设备的选型需满足《太阳能光电建筑应用财政补贴资金管理暂行办法》的相关技术要求。

天津西交通枢纽作为天津对外的一个重要的现代化门户，对维护天津的形象具有十分重要的作用，能更好地向世界宣传和展示中国在可再生能源开发利用领域的先进技术和绿色环保的理念。本项目不仅能为天津增姿添彩，还将成为我国城市建筑一体化太阳能光伏并网发电领域的新标志和里程碑之一。

2 太阳能发电并网系统的建设

2.1 并网系统

本项目太阳能光伏并网发电系统包括太阳电池阵列、直流汇流盒、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电、升压变压器、10kV高压柜等部分。

太阳能通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网。

2.2设备选型

2.2.1光伏电池的选型

众所周知，非晶硅组件电池透光度可从5%到75%，当然，随着透光性的增加，光伏电池的转化效率会随着下降，运用到建筑上的最理想的透光度为25%。非晶硅组件电池在弱光响应、高温性能等方面有优势。非晶硅电池工作中受环境影响小，而晶体硅电池如果其中一小部分被遮挡，会产生热斑效应，这将极大的降低整个组件的功率输出。

根据本项目的特点，太阳能电池组件的选型根据以下几点确定：

1）雨棚屋面的建筑结构形式弧度较大，非晶硅组件尺寸小便于保持屋面建筑效果。

2）雨棚屋面为铝合金板材，组件通过铝合金锁夹及龙骨固定在雨棚屋面上，在阳光直接照射下雨棚屋面与组件温度同时升高，非晶硅薄膜电池发电效率受温度影响较小，所以选用非晶硅薄膜电池与晶体硅电池相比可以增加单位功率发电量。

3）晶体硅电池生产过程的能源消耗比非晶硅电池高，非晶硅电池能量回收周期短，更具绿色意义。

根据以上分析和比较，本工程选用非晶硅薄膜电池组件。选型分为两种，一种为双层浮法夹胶玻璃封装方式非晶硅电池组件，一种为柔性非晶硅薄膜电池组件。两种电池组件基本参数如下：

刚性玻璃光伏组件主要参数见下表：

表1 刚性玻璃光伏组件主要性能指标

柔性薄膜光伏组件主要参数见下表：

表2 柔性薄膜光伏组件主要性能指标

2.2.2并网逆变器

根据不同的电池组件，以及电池组件的角度不同，采用逆变器250kVA四台、100kVA十台。目前国内大容量并网逆变器中，100kVA和250kVA 的并网逆变器的相对比较成熟，已经投运的数量较多，性能较好。

主要性能参数见下表：

表3并网逆变器主要性能参数

2.2.3就地升压设备

太阳能发电本身是绿色能源，本工程升压设备考虑采用节能环保的非晶合金变压器，两者相结合，能给用户带来巨大的经济效益，给整个社会带来巨大的节能环保效应。本期工程采用2 台1000kVA 容量的非晶合金升压变压器，由380直接升压到10kV，分成两路送至开关站，10kV 母线汇流后直接送至电网。

2.3系统安全和保护

2.3.1光伏电站侧主要保护

非晶合金升压变压器在升压变出口处配置带电显示器。电网侧配置避雷器。

逆变器具有防雷装置，具备雷击防护告警功能、安装有光伏系统专用的防雷装置。

逆变器具备极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等，装置异常时自动脱离系统。保证了系统的安全及可靠性。

2.3.2公用电网变电站系统保护

在公用电网变电站相应10kV 线路上配置一套三段式电流保护、零序电流保护。

2.4投资运营模式

设备用房设置在西站主体内，土建费用不计入本项目，是以每年向铁路天津西站交付租赁费的形式租用设备用房。雨棚屋面的太阳能电池板冲洗系统承包给西站物业公司，按照次数付款。电站的运营、维修、监控由投资方委托其企业旗下某热电厂，项目试运营前期间电场派人在现场值守，监视电站运营情况，待光伏电站进入稳定运营期，在热电厂通过监视系统对光伏电站远程监视。

3 环境效益

光伏发电是一种清洁的能源，既不消耗资源，同时又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。本项目新增装机容量为1883kWp，年平均上网电量约200万kWh，与相同发电量的火电厂相比，每年可相应地减少燃煤所造成的二氧化硫（SO2）14t，氮氧化合物（NOx）6t，烟尘114t，减轻排放温室效应性气体二氧化碳（CO2） 1830t。此外还可节约用水，减少相应的水力除灰废水和温排水等对水环境的污染。由此可见，光伏发电场有明显的环境效益。

4 结论

本项目是落实科学发展观、改善能源结构、促进我国新能源开发利用的标志性项目，符合国家的产业政策和优化能源结构、保护环境，减少温室气体排放、节约能源的要求。对促进我国太阳能光伏发电技术的开发与利用，推进光伏产业发展和光伏建筑一体化应用具有非常重要的意义。项目采用先进的建筑一体化设计理念，将太阳能光伏发电系统与现代建筑有机地结合在一起，体现了城市太阳能光伏发电工程建设的最高水平和发展方向。

本项目与天津西站站房主体工程建设同步设计、同步施工，与铁道部的这种合作模式达到了双赢的效果，具有很好的示范实践作用，可以在今后的铁路、地铁及市政领域推广。

参考文献

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