（中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院 山东济南 250022）
摘要：本文通过叙述目前我国环境现状，光伏发电系统的发展、系统组成及分类、光伏组件等内容，对光伏发电在莱西北站的设置方式、太阳能电池板选型以及并网方式等进行研究。对光伏发电在铁路站房的应用具有一定的参考作用。
关键词：高铁站；光伏发电；光伏组件；研究
太阳能是一种容易获得的清洁、可再生无污染能源，正在开始受到人们更多的关注，凭借此种种优势，太阳能光伏发电正在快速发展。太阳能光伏发电系统安全可靠、无污染、无需消耗燃料，对于减少环境污染具有重要的意义。[1]
1.项目概况
1.1区位
莱西市目前共设火车站两处，分别为青荣城际铁路莱西北站及蓝烟铁路莱西站。莱西火车站站址在莱西市望城镇，莱西北站位于莱西火车站东北约2公里，武汉路与204国道交界处，距离莱西市政府约8公里。莱西北站为青荣城际铁路中间站，新建潍坊至莱西铁路莱西北站需拆除既有青荣城际莱西北站，原址还建。
1.2项目概况
既有莱西北站站场规模为：2台夹4线（其中到发线2条，正线2条）。站场共设侧式中间站台2座，尺寸均为450m×8m×1.25m，一站台设447.6m×8m钢筋混凝土结构雨棚，二站台设448.6×8m钢筋混凝土结构雨棚。站房设于线路左侧，为线侧下式站房，在车站中心处设旅客进出站地道一座，宽12m。
新建潍坊至莱西铁路引入莱西北站后，在既有青荣城际车场北侧并行设2台4线车场，在烟台端与青荣城际衔接。既有车场北侧新建侧式站台1座450m×8m×1.25m，潍莱车场与青荣城际车场之间既有侧式站台改为中间岛式站台，尺寸加宽为450m×14m×1.25m。改造完成后一站台设450m×8m钢筋混凝土结构雨棚，二站台（既有一站台）接建450m×6m钢筋混凝土结构雨棚，既有旅客进出站地道北侧接长约35m。
站房内设有10/0.4kV综合变电所一座，变电所内设置1000kVA综合变压器2台，变电所两路10kV电源由本站10kV配电所接引，10/0.4kV变电所主接线方式为高压侧为单母线不分段，低压侧为单母线分段，并设置联络开关运行；低压母线段按一、二级和三级母线段分别设置。本站三级负荷主要为广告、商业、制冷机组等，总计容量约为1590kW。
2.我国光伏产业发展及环保收益
2.1 我国光伏产业发展
目前，政府补贴是我国光伏发展的主要推动力。光伏发电的规模化会随着政策的日趋完善及技术的不断进步而不断进步，必然带动发电成本的不断下降。[2]
2000年底，我国太阳能电池发电成本为23元/千瓦至42元/千瓦时。2010年，我国太阳能电池的成本为10元/千瓦时至15元/千瓦时。目前，我国太阳能光伏电池的发电成本为1元/千瓦时左右。[3]
2.2 我国光伏产业环保收益
光伏发电是一种可再生的清洁能源，带来的环保收益很高，主要包含以下几点。
（1）资源效益。太阳能光伏发电可代替火电，减少对煤炭资源的消耗以及产生的雾霾。
（2）减排效益。太阳能光伏发电可减少大量污染物（尤其指CO2、SO2、NOX、烟尘、废水）的排放量。
（3）健康效益。火电机组会产生很多有害气体，同时会形成酸雨、酸化水和土壤等。通过太阳能光伏发电来代替火电，减少了有害气体的排放，提高人类生存环境的健康指数。
（4）水资源效益。不同冷却方式的燃煤火电机组耗水指标在0.792～2.520kg/（kW•h），因此光伏发电可节省大量水资源。[4]
3 光伏发电系统组成及分类
3.1光伏发电系统组成
光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。[5]
3.2光伏发电系统分类
光伏系统一般分为独立系统、并联系统和并网系统 [6]。并网光伏发电系统有高压并网和低压并网两种方案。[7]低压并网系统又可分为无储能装置和可采用少量储能装置两种。[8]
因为高铁供电负荷的特殊性要求，本着安全、可靠的原则，本站光伏发电系统，采用不可逆流系统，使光伏发电系统发出的电量始终小于或等于负荷的用电量[9]，当发电量大于实际负荷使用电量时，通过光伏监控装置自动切除光伏发电系统，改为市电进行供电，确保系统不会向电网反送电。
4 常用太阳能电池
4.1硅太阳能电池
硅太阳能电池分为单晶硅、多晶硅太阳能电池。我国晶硅电池占太阳能电池总产量的95%以上。[10]
4.2非晶硅薄膜太阳电池
非晶硅太阳能材料虽然是一种很好的电池材料，但它的转化效率一般较低。[11]
图5非晶硅薄膜太阳电池组件
5 研究方案
5.1光伏发电设计方案
根据本站规模及站房、雨棚建筑、结构形式，本次研究按太阳能板在新建雨棚布置方案考虑。将太阳能板安装在雨棚上，要经受正常季节交替过程中所产生的冻胀及火车在行驶过程中所产生的震动效应。相比非晶硅电池，晶体硅电池具有转换效率高、性能稳定、使用寿命长、技术成熟等优势，故设计研究选用单晶硅太阳能电池组件。
考虑到安全因素及后期的维护、检修方便，光伏板布置位置仅在雨棚顶部距离电气化带电导体3m以外。
结合雨棚与站房的位置关系，考虑到电缆敷设路径及压降损失和经济性，考虑太阳能板布置最远端距离光伏发电系统设备房屋的水平距离不大于300m。
结合以上要求，本站一站台雨棚布置容量为62kWp，二站台雨棚布置容量87kWp，总布置容量为149kWp。采用单晶硅280Wp电池组件530块，22块串联。全部布置在站台雨棚，倾角为3度。单块组件尺寸为1650mm*992mm*40mm，重量为18.6kg。一、二站台62kWp、87kWp发电系统分别接入站房变电所低压配电柜两段三级母线段。
本次方案研究采用低压并网光伏发电系统、并网点为站房10/0.4kV动力照明变电所低压配电柜两段三级母线段。在高铁站房内变电所附近设置一间独立配电室，放置本工程光伏系统所需配电柜。
光伏组件经组串式逆变器逆变后，经低压动力电缆沿雨棚桥架敷设引下，雨棚区的电缆通过地下旅客地道顶部吊桥架，与高铁站的站用电桥架平行敷设至光伏发电系统设备房屋汇流柜，再经汇流柜通过电缆方式连接至综合变电所低压侧两段三级负荷母线段上。
5.2效益分析
本工程光伏系统装机容量为149kW，青岛市年均辐射量为1440.3KWh/m2，系统效率为0.77，年发电量为16.52万度，平均电价按0.89元/kWh计算，每年可节省电费约14.7万元。
运行维护成本按用0.1元/W计算（包含现场运行、检修、维护、材料及易损件购买更换等所有工作），每年需要1.49万元。
6 结论
目前，我国面临着严重的雾霾问题，光伏发电作为一种可再生的清洁能源，可以有效缓解传统发电带来的环境污染。莱西北站所处的地理位置也很适合进行光伏发电。高铁作为民生的重要组成部分，将铁路站房与光伏发电结合，既可降低运营成本，又可以起到良好的环保示范作用，这将是高速铁路中的一大亮点。
参考文献：
[1] 杨晓玲.太阳能光伏发电系统在铁路站房中的应用[J].硅谷：技术应用，2010：133。
[2] 章激扬，李达，杨苹，许志荣，周少雄.光伏发电发展趋势分析[J].可再生能源，2014年2月，第2期。
[3] 邵翠平.我国太阳能光伏发电现状及发展趋势[J].科技信息，2008年，第23期。
[4] 马军杰，张信，王恩琦，田廓，刘清宇，曾鸣.并网光伏发电价值的综合评价[J].水电能源科学，2011年6月，第6期。
[5] 卜立峰，耿媛媛.城市轨道交通地面车站屋顶太阳能光伏发电系统[J].内蒙古科技与经济，2012年12月，第23期。
[6] 江伟山、周倩.高铁车站光伏发电系统应用[J].电气时代，2012年，第4期。
[7] 周超.地铁高架车站太阳能光伏发电设计[J].都市快轨交通，2014年12月，第6期。
[8] 马章.光伏发电技术在铁路工程中的应用[J].铁道标准设计，2006（3）。
[9]马一鸣.太阳能光伏发电的应用技术[N].沈阳工程学院学报，2008年10月，第4期。[10]马翠萍，史丹，丛晓男.太阳能光伏发电成本及平价上网问题研究[J].当代经济学，2014年3月，第2期。
[11] 李单，王彦斌，袁爱庆.铁路客站光伏并网发电项目太阳能电池选型对比[J].山西建筑，2014年1月，第2期。
作者简介：
王宁；出生年：1983年；性别：男；职称：工程师；毕业时间：2010年9月；毕业学校：瑞典达拉纳大学；专业：电气工程；学位：硕士。
论文作者:王宁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/16
标签：光伏论文; 莱西论文; 雨棚论文; 系统论文; 太阳能论文; 站台论文; 北站论文; 《电力设备》2017年第4期论文;