光伏發(fā)電系統(tǒng)在短隧道中的應用

1、<p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)在短隧道中的應用</p><p>　　【摘要】：根據影響太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要參數、工作原理及適用場合，針對偏遠地區(qū)或不設置市電照明的短隧道，為LED誘導標、攝像機等設備組成的隧道運營管理系統(tǒng)選擇合理的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。 </p><p>　　【關鍵詞】：短隧道光伏發(fā)電系統(tǒng)蓄電池容量光伏陣列 </p><p>　　中圖分類號：U

2、45 文獻標識碼： A </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　近年來我國高速公路里程的不斷增加，高速公路建設越來越多的延伸至偏遠地區(qū)，由于距離電網距離較遠，造成了公路外場設備的供電較為困難而且造價過高。目前受限于造價以及技術原因，太陽能光伏發(fā)電技術在高速公路領域的應用主要集中在對小功率外場監(jiān)控設備（如外場攝像機）供電，使用規(guī)模和功率較小

3、。隨著近年來我國太陽能光伏發(fā)電產業(yè)的迅猛發(fā)展，技術愈發(fā)成熟，建設成本逐年降低，與之對立的傳統(tǒng)能源的供應卻日益緊張。因此可以預見，不久的將來會有更多的太陽能技術應用到高速公路建設中來，可以大幅降低高速公路的后期運營成本，節(jié)約資源，保護環(huán)境，這將為高速公路行業(yè)創(chuàng)造更多的社會效益和經濟效益。 </p><p>　　2 太陽能供電系統(tǒng)設計 </p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的基本原則是在

4、保證滿足負載供電需要的前提下，確定使用最小太陽能電池組件功率和蓄電池容量，以盡量減少初始投資，降低系統(tǒng)運行維護費用。 </p><p>　　2.1太陽能供電系統(tǒng)的結構組成 </p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器（有交流負載時使用）等部分組成。構成如圖3-1所示。 </p><p>　　圖2-1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)構成圖

5、 </p><p>　　2.2 計算負載容量 </p><p>　　負載的大小決定了光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模，負載容量計算是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的第一步，準確核算負載容量可以有效的控制建設規(guī)模、節(jié)省投資。 </p><p>　　2.3光伏陣列的容量設計 </p><p>　　光伏陣列是由若干太陽能電池組件串、并聯連接而排列成的陣列，串聯是為了獲得

6、所需要的工作電壓，并聯是為了獲得所需要的工作電流。 </p><p>　?。?）太陽能電池方陣組件串聯數 </p><p>　　電池組件串聯數由太陽能電池方陣的工作電壓決定。 </p><p>　　式中 ——太陽能電池方陣輸出最小電壓； </p><p>　　——太陽能電池組件的最佳工作電壓。 </p><p>　?。?/p>

7、2）太陽能電池方陣組件并聯數 </p><p>　　電池組件并聯數由太陽能電池方陣的工作電流決定，影響因素較多，包括電池組件的日發(fā)電量、負載耗電量、安裝地太陽輻射量以及連續(xù)陰雨天之間的蓄電池補充電量等。 </p><p>　?、偬柲茈姵胤疥嚱M件并聯數的計算公式 </p><p>　　式中 Bcb——最長連續(xù)陰雨天之間最短間隔天數蓄電池容量； </p>

8、<p>　　Nw——最長連續(xù)陰雨天之間最短間隔天數； </p><p>　　QL——負載日平均耗電量； </p><p>　　QP——太陽能組件日發(fā)電量。 </p><p>　　②最長連續(xù)陰雨天之間最短間隔天數蓄電池容量的計算公式 </p><p>　　式中 A——安全系數，取1.1~1.4之間； </p><

9、p>　　NL——最長連續(xù)陰雨天數。 </p><p>　?、厶柲茈姵亟M件日發(fā)電量的計算公式 </p><p>　　式中 Ioc——太陽能電池組件最佳工作電流； </p><p>　　T——等效峰值太陽小時數； </p><p>　　KOP——斜面修正系數； </p><p>　　Cz——修正系數，主要為組合、衰

10、減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。 </p><p>　　2.4蓄電池的容量設計 </p><p>　　目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。鉛酸免維護蓄電池因為其造價較低和固有的免維護特性及對環(huán)境較少污染的特點，是光伏發(fā)電系統(tǒng)通常選用的儲能裝置。 </p><p>　　蓄電池容量的大小主要取決于負載的耗電情況。此外還要考慮現

11、蓄電池的環(huán)境溫度、放電率、深度放電能力，系統(tǒng)控制的規(guī)律性及系統(tǒng)失效的后果等因素。 </p><p>　?。?）溫度：一般溫度情況下，基本可不考慮溫度的影響，但在溫度較低（≤0℃）的情況下，鉛酸蓄電池由于硫酸電解液的粘度和溫度增大，擴散困難，電阻加大等原因，會造成蓄電池的放電容量降低，設計中應考慮這一因素。 </p><p>　?。?）放電率：在不同放電率情況下，蓄電池的容量不同。放電率增加

12、時，蓄電池的容量會減少，放電率減少時，蓄電池的容量會增加。蓄電池儲存的能量主要是為了自給天數中的負載需要，蓄電池放電率通常較慢，通常在100~200小時，蓄電池的容量要比標準狀態(tài)多10%~20%。 </p><p>　　（3）放電深度：鉛酸蓄電池壽命受放電深度影響很大。淺循環(huán)蓄電池的取值為0.5，深循環(huán)蓄電池的取值為0.8。有時為了提高蓄電池的使用壽命，減少蓄電池系統(tǒng)的維護費用，深循環(huán)蓄電池可適當降低放電深度取值

13、。 </p><p>　?。?）蓄電池容量公式計算如下： </p><p>　　式中 TO——蓄電池充電的溫度修正系數； </p><p>　　DOD——蓄電池放電深度。 </p><p><b>　　3 工程實例 </b></p><p>　　以某一短隧道為例，按照上述設計方法，給出太陽能光伏發(fā)

14、電系統(tǒng)主要參數的計算方法。隧道所處地區(qū)氣象資料：最長連續(xù)陰雨天為15d，兩最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數為30d，當地冬季平均氣溫-10℃，方陣安裝地水平面上接收的年平均日輻射量為12110kJ/㎡，Kop值為0.885。 </p><p><b>　　3.1負載計算 </b></p><p>　　對該隧道的負載進行分類統(tǒng)計，統(tǒng)計表如下： </p><

15、p><b>　　負載統(tǒng)計表 </b></p><p>　　編號 負載名稱 AC/DC 電壓 </p><p>　　/V 數量 合計功率 </p><p><b>　　/W 工作時間 </b></p><p><b>　　/h 耗電量 </b></p><

16、;p>　　/W&#8226;h </p><p>　　1 LED誘導標 AC 24 400 400 24 9600 </p><p>　　2 監(jiān)控攝像機 AC 24 2 16 24 384 </p><p>　　3 攝像機云臺、鏡頭和雨刮等 AC 24 2 120 1 120 </p><p>　　4 光端機 DC 24 1 6

17、 24 144 </p><p>　　5 合計 542 10248 </p><p>　　為交流供電設備選取的逆變器效率為90%，負載耗電量： </p><p>　　3.2蓄電池容量計算 </p><p>　　本實例中，蓄電池選用鉛酸免維護電池，放電深度為0.75，安全系數取1.2，根據當地冬季平均氣溫（-10℃），蓄電池溫度修正系數取1.1

18、，蓄電池容量設計： </p><p>　　蓄電池組按12V、1500Ah規(guī)格配置，并聯數為9個（12514/1500=8.343，去整數9），串聯數為2個（24/12=2），共配置18（9×2=18）個12V、1500Ah規(guī)格蓄電池。 </p><p>　　3.3太陽能電池方陣計算 </p><p>　　根據上述工程基本資料，光伏系統(tǒng)所在地年平均日輻射量為

19、12110kJ/㎡，首先需要將日輻射量轉換為峰值太陽小時數（T）=12110×2.778/10000=3.364(小時/天)。然后根據峰值太陽小時數、斜面修正系數、組件綜合修正系數（取0.8）計算太陽能電池組件日發(fā)電量，本工程實例中，選用100W太陽能電池組件，工作電流為5.56A，工作電壓18V： </p><p>　　計算太陽能方陣組件串聯數： </p><p>　　計算最長

20、連續(xù)陰雨天之間最短間隔天數需補充的蓄電池容量： </p><p>　　計算太陽能方陣組件并聯數： </p><p>　　由此可得出太陽能方陣的配置為2（NS）×58（NP）=116塊100W太陽能電池組件，方陣總功率為100×116=11600W。 </p><p><b>　　4其它注意事項 </b></p>

21、<p>　　了解并記錄當地市電情況，包括市電距光伏系統(tǒng)所供負載的距離、市電質量登記等，為負載選取最佳的供電方案。 </p><p>　　光伏方陣的選址應選擇太陽光不被遮擋的位置，不應放置在公路的陰面及深挖方處，同時為了減少電電能損耗和壓降，光伏電站應盡量建設在負荷集中的附近。 </p><p>　　應對光伏方陣位置土地歸屬權進行詳細了解，最好放置在公路用地紅線內，若需要單獨征地

22、，則應事先與土地所有人達成土地使用協議。 </p><p>　　應對光伏系統(tǒng)周邊土壤進行分析，根據土壤分析結果確定接地裝置的位置和接地體的埋設方案。 </p><p>　　了解當地雷害情況，以便有針對性的進行防雷設計。 </p><p>　　了解當地風況，根據當地風力情況，做好光伏方陣的機械結構設計。 </p><p>　　蓄電池受溫度影響較

23、大，在我國北方地區(qū)應注意蓄電池的防凍設計，如采用蓄電池防護井、保溫箱等措施。 </p><p><b>　　5 結束語 </b></p><p>　　本文通過一座短隧道的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為實例，分析了影響太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要參數，并給出一套計算方法，同時根據工作中遇到的問題提出了設計工作應注意的問題。由于地理位置不同、負載類型功耗不同、不同廠家太陽能板和蓄電池參

24、數也存在差異等因素，在實際工程中應結合實際情況進行設計。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]趙爭鳴，劉建鎮(zhèn)，孫曉英，袁立強 編著，太陽能光伏發(fā)電及其應用，北京：科學出版社，2005。 </p><p>　　[2]黃漢云 編著，太陽能光伏發(fā)電應用原理，北京：化學工業(yè)出版社，2012。 </p>