太阳能光伏发电在长汀收费所的应用浅析

2017-04-24陈智伟

福建交通科技 2017年2期

关键词：长汀方阵电池板

■陈智伟

（福建省高速公路有限公司龙岩管理分公司，龙岩 364000）

太阳能光伏发电在长汀收费所的应用浅析

■陈智伟

（福建省高速公路有限公司龙岩管理分公司，龙岩 364000）

本文通过在长汀收费所太阳能光伏发电项目的应用，进一步论述新能源项目在高速公路的应用前景。

收费所太阳能项目应用

现在大气环境污染日益严重及国家对环境保护的重视，新能源技术不断涌现，现在在我国主要的新能源有太阳能，风能、潮汐能、地热能、生物质能、核能等技术。在福建省太阳能资源分布非常丰富，比较适合发展太阳能技术，我司响应国家号召，先后在高速公路收费站、隧道等地方安装光伏发电项目，2015年5月我司在长汀收费所安装了50kW光伏发电项目，该项目利用光伏发电和市电电网供电相结合的供电模式，该项目的投入即有利于太阳能清洁能源得到使用，同时降低了我司的运营成本。

1 太阳能电池发电技术原理

太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，它利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此，太阳能电池又称为“光伏电池”。只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流，在物理学上称为太阳能光伏，简称光伏。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串、并联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池板组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池等。其中晶硅太阳能电池又分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池两种，由于多晶硅太阳能电池材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。在长汀收费所光伏发电项目采用多晶硅太阳能电池技术，多晶硅太阳能电池板由多晶硅太阳能电池片、钢化玻璃、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成。

1.1 太阳能电池的光伏效应

如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。如下图1所示:

图1

1.2 太阳能电池的系统组成

以上是PN结接触型太阳能发电的基本原理，若把几十个或几百个太阳能电池单体串联、并联起来封装成为太阳能电池板组件，若干块电池板组成太阳能电池方阵，通过逆变器、并网计量柜等装置组成太阳能发电系统，如下图2所示：

图2

2 长汀收费所光伏发电项目的建设与安装

2.1 前期准备工作

根据电工对长汀收费所白天用电单元每隔2小时进行采集负荷，经测量白天用电负载大约为 38kW/h，并测量长汀收费所楼顶面积，其中办公区域面积为485m2，两栋宿舍楼顶面积为 483m2，根据以上数据分析决定安装光伏组件250W/件，总共200件（其中办公楼楼顶120件，两栋宿舍楼顶 80件光伏组件），建设装机容量为50kW的光伏电站，系统年发电量约为5.3万kWH。由于长汀收费所原先安装好市电电网，同时收费所必须保持24h不间断供电才能确保收费系统供电正常，综上所述，在收费所安装50kW/h并网发电光伏项目（不带蓄电池）。

2.2 长汀所太阳能发电的建设与安装

（1）安装材料

本工程中涉及的安装的材料有多晶硅太阳能电池板、太阳能电池板安装支架、2台并网型组串式逆变器、并网计量柜、电缆线等。

（2）建设安装

①支架安装要充分考虑台风及强对流天气对电池板方阵的影响，支架安装在屋面上，用膨胀螺丝固定，固定好支架后拧紧其它紧固螺丝。

②太阳能电池板的安装方向以正南方向为好（即方阵垂直面与正南方向夹角为0°时，太阳能的发电量最大），在偏离正南方向30°时，方阵的发电量将减少10%～15%，当偏离正南方向60°时，方阵发电量将减少20%～ 30%。

③倾斜角度是太阳能方阵与水平面的夹角，并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度，一年中最佳的倾斜角度与当地的地理纬度有关系，当纬度较高时，相应的倾斜角度也要较大，福建省的地理纬度处于北纬24°22′～25°56′，因此安装倾斜角度为20°左右为最佳倾斜角度。

④光伏方阵的电缆安装，光伏组件分两组，分别安装在办公区和宿舍区的屋面上，在阳光照射下产生直流电，直流电分别接入2台并网型组串式逆变器变成三相交流电，2台并网型组串式逆变器安在办公楼屋面上；2台并网型组串式逆变器输出的三相交流电经过并网计量箱后在办公楼一层配电柜160A断路器的下端进行并网，并网计量箱安装在配电柜旁。原有配电房的变压器容量、馈线柜开关容量、电缆荷载等符合设计要求，无需进行改造；并网逆变器为追踪逆变器，逆变器的交流输出将追踪市电，输出相序与电网相序一致，不会改变电网原有相序。当市电停电时，逆变器的追踪目标为零，逆变器将停止交流输出（防孤岛）；当市电恢复供电或切换到柴油发电机供电时，逆变器重新追踪新目标，恢复交流输出。

⑤本项目光伏系统所发的电就近优先被收费站办公楼负载所消耗，若办公楼负载消耗不完的光伏电，将通过办公楼配电柜原有的进线电缆，导入配电房低压母排上，就近供给接在母排上的其他负载使用。根据收费站以往用电情况，光伏所发的电完全能自行消纳，基本没有余电导入国家电网。电力部门将在并网计量箱内安装专业计量表，用于计量光伏发电的总电量，同时开通总计量表的反向通道。