分布式光伏发电在高速服务区中的应用分析

王伟华

摘要随着石化资源使用对环境污染的日益严重，政府提出节能减排的鼓励政策。分布式光伏发电将太阳能转化为电能，是太阳能技术应用的主要方式。分布式光伏发电在高速服务区的应用，可以满足服务区的日常用电需求，集约化利用土地，对于优化能源结构、改善生态环境，具有十分重要的意义。本文以此为背景，阐述太阳能光伏发电技术的原理，结合实际案例，详细分析太阳能光伏发电在高速服务区的应用，旨在促进我国清洁能源的高效利用与持续发展。

关键词：分布式;光伏发电;并网;高速服务区;节能减排

1.分布式光伏发电概述

1.1分布式光伏发电原理

光伏电池由半导体材料构成，可以实现光能与电能之间的有效转换，是光伏发电的基本单元。在光伏电池中加入Li、Na等元素[1]，以平衡晶体硅中的电荷，实现光照下的电荷自由移动。随着光照时间的不断加长，积累的电荷在晶体硅两端闭合时产生电能，实现光能向电能的转化。

1.2光伏发电系统

由多晶体硅组成的光伏方阵（串联或并联）、控制器、逆变器和蓄电池组，一起构成光伏发电系统。多晶硅组成的光伏方阵将光能转化成电能，并通过逆变器实现直流和交流的转换，为用户提供所需的电脑。当光伏发电量大于用户所需电量时，蓄电池将多余电能存储，并在光伏发电量小于用户所需电量时，给予相应的电能补充，以保证输出电量的稳定。

1.3光伏发电的优点

光伏发电具有诸多优点，但适合于高速公路服务区的优点主要有几方面：

（1）便捷性

光伏发电不受地域限制，可以在任何有光的位置进行发电。同时，电能通过蓄电池存储，反复利用。同时，光伏发电与传统电网的融合，可以保持整个供电系统运行的稳定，保证高速服务区的用电需求。

（2）环保型

高速服务器的运行处于自然环境中，对周围的环境和农业用地产生影响。为了响应国家的号召，以及节能发展战略。高速服务区应该减少碳排放、污水排放等，保护周围的自然资源。

（3）经济性

高速服务区离城市比较远，传统的电网要铺设到服务区，需要大量的资金。另外，服务区的工作人员较少，大幅基础设施建设，容易造成资金浪费。光伏发电属于无污染、经济的能源，每度电的成本在0.1元以内，且后期维护成本较低。

2.高速服务区应用分布式光伏发电的原因

目前，交通部为了响应国家提出的节能减排政策，再告诉我公路服务区设置了一系列太阳能发电站，以满足交通系统的用电需求。高速公路服务区离市区较远，电网铺设成本较高，且拥有较多的土地资源，适合于分布式太阳能光伏发电。服务区实现太阳能光伏发电，可以有效的减少白天的电力供应压力，维持电力能源的供给稳定[2]。同时，独立的分布式光伏发电系统可以将多余电能存储，满足服务区的夜晚供电需求。因此，分布式光伏发电不仅可以提高服务区的土地资源利用率，而且降低服务区对周围环境的污染。

3.实际案例分析

长田收费站和人子石隧道为了响应政府的节能减排政策，在服务区建立分布式光伏发电站。在施工之前综合分析服务区的电力资源使用情况，长田收费站安装光伏组件144块，面积为236m2，以2竖排12列分布，1个光伏阵列单元，整体组成1个组串，共计6个光伏阵列单元，总容量为43.2kW;人子石隧道口中间空地安装太阳能组件数为168块，面积275 m2，以1竖排24列分布，2个光伏阵列单元，整体组1个组串，总容量50.4KW，太阳能光伏发电系统装机容量合计为93.6KW。本项目采用“低压并网”模式，在构建光伏电站前，与供电企业签署相应协议，保证服务区硬件工程享有最优惠电价。

3.1相关设计标准

3.1.1安全标准

在进行分布式光伏发电系统的整个安装过程中，相关设计人员要保证安装系统的安全和可靠，避免由于供电问题导致长田收费站出现系统故障。在设计过程中，应该进行防雷、防震等保护措施，对相关接线进行电路保护，避免由于线路裸露而导致整个系统短路。在进行系统安装的过程中，避免进行带电作业，可以对收费站进行暂停服务。同时，防止太阳光通过光伏组件反射，影响过往车辆导致安全隐患，人子石隧道前立柱设计高度为1800mm，正南阴影倍率为1.44～1.50之间，组件倾角在15°。

3.1.2可靠性标准

光伏发电系统要进行安装后的测试，特别是逆变器、电缆导线和接线箱等关键部件，并对光伏发电进行电力监测。同时，制定相应的检查和维修制度，定期对光伏发电系统进行检测和维修。服务区要配备相应的专职人员，每天对光伏发电系统进行检测，一旦发现问题，及时与电力企业的相关人员进行联系[3]。

3.1.3高效标准

長田收费站在应用分布式光伏系统时，要充分考虑自身的用电负荷，以及车流高峰的用电量，以对光伏发电的最大电流量进行设定。同时，电力企业要对分布式光伏发电系统进行全面考虑，不仅要考虑到整个光伏发电系统的功能（日常用电、收费用电、应急用电等），还要考虑整个发电系统的运行效率，减轻系统的承载负荷。

3.1.4无遮挡标准

分布式光伏发电系统需要大量的阳光，才能实现光能向电能的转化，以满足长田收费站的实际需要。电力企业相关人员在进行分布式光伏发电设计时，要确保所有光伏组件能够充分接收到阳光，实现高效率的光电转化。设计人员要对长田收费站的光线进行测量，统计太阳的高度和太阳的强度，选择阳光充足的位置，进行分布式光伏发电系统构建。在光伏发电系统使用过程中，长田收费站的相关人员，应该避免进行光伏发电站的阳光遮挡，去吧光伏电池组能够获得充足的阳光，为收费站提供最大的电能输出。

3.2分布式光伏发电系统的构成

长田收费站光伏发电系统由光伏组件、直流集线箱、直流汇线箱、逆变器、并网柜，以及相关监控系统构成。光伏面板阵列设置在常年服务区北区的综合楼、配电房、员工宿舍、和机械楼的楼顶。光伏面板的斜面采用平铺的安装方式，有2500瓦多晶硅光伏组件构成，组件的总容积量达到93.6Wp，并由36kW逆变器进行直流电转化。光伏发电系统采用380V低压并网的方式，与服务器内部电网低压侧进行并联，实现即插即用的输电方式。同时，光伏发电多余的电量，与主网进行并联，由电力企业以网上电价进行经济补偿。长田收费站光伏发电系统构建完成以后，服务区与供电企业签署并网验收协议，并实现分布式光伏发电。

分布式光伏发电系统构建完成以后，不同月份的发电量相差很大，最高月份的发电量是最低月份的2倍以上。其中，5～10月份的发电量最高，6月份的发电量占全年总发电量的50%以上，主要是由于6月的太阳光辐射强度最大。长田服务区应該定时调整光伏组件的倾角，减少太阳光的反射率，提高光伏系统的发电性能。从全年的角度来说，长田收费站光伏发电系统的平均发电值为760.7千瓦每小时，服务区年用电量为1023.7千瓦每小时，年节省节能折合成标准煤为346.7吨。

3.3系统运行情况

全天收费站光伏系统于2019年3月开始正式发电，服务区的用电量来自光伏系统和市政供电两部分;光伏系统产生的电量不行为服务区用电设备提供电能，剩余电量可以供至市政电网，在服务区患者相关的经济效益。在服务区配电站0.4Kv进线侧，设置计量关口的电能表。同时，在光伏发电系统并网点处，家装电能计量装置，分别实现对服务区用电量、市政供电量的计算。2019年个月光伏系统发电情况，如下表所示：

3.4光伏发电在高速服务区的应用前景

由表1可知，光伏发电在高速服务区的应用比例为120：1，远远超过传统电网发电。另外，光伏发电安全、节能，对于周围环境产生的影响较小，且为服务器节约大量的资金。未来光伏发电可以应用于偏远地区的服务区，或者比较小的服务区。随着光能发电能力的提高，光伏发电可以为服务区的周围居民供电，或者相关生产供电。另外，服务器可以为过往的混电车辆提供应急充电。总之，光伏发电在服务区的应用前景广阔，自身的环保、节能优势将会大幅显现。

4.结束语

分布式光伏发电可以在服务区提供所需电能，并降低服务区的运行成本，减少对周围环境的污染。同时，分布式光伏发电可以提高服务区绿色环保效能，满足国家节能减排的政策要求。本文以长田收费站光伏发电为例，通过实际调查研究显示，光伏发电不仅可以满足服务区的用电需求，而且可以将剩余通过并网方式输入给市政，在服务区换得一定的经济效益。整体来说，光伏发电在服务区的有效利用，不仅充分利用服务区的土地资源，而且提高服务区的社会效益，为其他服务区电能的应用提供借鉴。

参考文献

[1]唐明涛，陈志强，王志刚，等.分布式光伏发电在高速公路交通设施中的应用[J].太阳能，2016，28（9）：28～31.

[2]戚剑勇，陈贤哲，诸荣耀，等.分布式太阳能光伏发电在高速公路服务区中的应用探究[J].科技创新与应用，2016，10（3）：292.

[3]陈贤哲.浅谈光伏发电技术在高速公路的应用[J].工程技术：引文版，2016，14（4）：107.