光伏发电系统在重庆轨道交通中的应用

2015-03-14张钊

机电信息 2015年12期

张钊

（重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司，重庆401122）

0 引言

近年来，我国城市轨道交通发展十分迅速，大多数省会城市均在不同程度地发展轨道交通。由于各条轨道交通线路均设有车辆段或停车场，另外一些轨道交通线路还设有高架车站，这些都为太阳能光伏发电系统在城市轨道交通中应用提供了外部条件。目前，为贯彻国家能源政策，轨道交通行业积极利用太阳能等可再生能源，以探索应对能源匮乏、缓解电力紧张、保障可持续发展的重要举措。利用太阳能光伏发电能降低运营成本，为建设绿色轨道交通积累经验。重庆轨道交通2、3号线以高架车站和高架区间为主，其场地上的优势为太阳能光伏发电系统的应用提供了可靠条件。

1 现场资源和环境条件

重庆位于北半球副热带内陆地区，年均气温为18℃。1月份气温最低，月均气温为7℃；7～8月份气温最高，多在27～38℃之间，最高极限气温可达43.8℃。重庆年均日照时数为1 259.5h。7～8月份略高，月均日照时数为230h；其他月份在150h左右。重庆地区某年各月气象状况统计数据如表1所示。

表1 重庆地区某年各月气象状况统计数据

2 光伏发电系统方案

系统设在轨道交通2号线大堰车辆段综合楼屋顶花架上，可利用面积约为35m2，该处周围无遮阳建筑，视野开阔。光伏发电系统原理图如图1所示，光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电，之后经内部配电网接入市电网络。系统主要由太阳能电池组件方阵和并网逆变器组成，配之以接线盒、配电柜、电缆和电度表等辅助器材，并配置相应的数据采集、数据通信和数字显示等设备。

图1 系统原理图

2.1 光伏阵列安装方式

为使组件阵列获得最多太阳辐射能，需要确定组件阵列的倾斜角度，并朝向正南。利用RETScreen软件，选取建设地纬度值上下15°范围内的角度进行计算，并比较对应的输出值，即可确定最佳倾斜角。由该软件模拟计算出本项目太阳能阵列的最佳倾角为20°。

2.2 系统组成

太阳能电池采用STP180S－24／Ad型单晶硅组件，其峰值功率为180W，峰值电压为30V。系统中共采用该型号组件27块，总装机功率为4.86kWp。系统采用3个小型并网逆变器（SG1K5TL）实行逆变就近控制，灵活并入内部配电网。

如图2所示，全部27块太阳能电池组件每9块串联、共3个支路，每个支路接入1台SG1K5TL逆变器的对应输入端。

图2 光伏电池阵列

3 效益分析

根据RETScreen软件计算出本项目太阳能系统的全年发电量为4 298kW·h，月发电量数据如表2所示。该套光伏发电系统经过一年运行，统计发电量为3 156kW·h，具体月发电量数据如表3所示。

根据图3和图4对比理论计算与实际发电量，得出该套太阳能光伏发电系统效率为73.4%，达到同类型系统的平均水平，其社会效应和环保效应效果比较明显，具有可操作性，为在重庆轨道交通高架车站、高架区间及停车场和控制中心大楼安装太阳能光伏发电系统提供了较为详实的参考依据。太阳能属于清洁可再生能源，无论从能源角度还是从环境角度，其都是未来发展的重点，光伏并网发电的推广应用，无疑会带来良好的环境效益。

可以粗略计算环境效益如下：本项目年发电量为3.156MW，年节约标煤1 262kg，减排碳粉尘858.43kg，减排二氧化碳3 146.5kg，减排二氧化硫94.67kg，减排氮氧化合物47.3kg。