张建锋
南京地铁运营有限责任公司 210000
摘要：近年来，我国城市轨道交通行业发展迅速，在提供了便利出行条件的同时，也带来了巨大能源消耗，而太阳能光伏发电技术的诞生和发展无疑是给地铁提供了新的希望，缓解日益严重的能源危机和大气污染。目前光伏发电技术目前在轨道交通应用的范围还是比较狭窄，需要不断依靠新的政策和科技实力进行创新和推广，才能扩大应用范围。
关键词：光伏发电；城市轨道；应用
1我国太阳能光伏发电的现状及重要意义
1.1太阳能光伏发电对于国家发展起到的重要性
我国地广物博，资源比较丰富，但是资源丰富不代表可以无限制的开采和利用。当前，能源短缺已经是国家面临的一大难题，并且国家的发展离不开能源支持。尤其对于我国来说，能源消耗量比较大，必须积极的探索可再生能源的开发。目前，在我国仍然还是以煤炭燃烧实现电能的生产，主要原因在于技术水平有限、缺少专业的人才、环境以及地理等诸多原因，依靠可再生能源生产电能远远不能满足人们的使用需求。近年来，我国经济水平快速增长，为满足各行业发展及经济建设的需求煤炭资源日趋减少，严重加剧了能源危机。据有关数据统计，太阳能辐射到地面的能量将近 80 万千瓦，这一巨大的数值为人们开发利用太阳能提供了可能，而光伏发电只需要 0.1%就可以每年生产 5.6 x 109MW·h。所以，利用太阳能进行光伏发电必然会成为我国电力行业发展的主要趋势。
1.2 太阳能光伏发电的环保意义
在很多城市中都会受到雾霾、沙尘暴等天气的影响，威胁人们的身体健康和日常生活工作，并且恶劣的天气带来的环境污染问题日益严重，已经得到了全世界范围的关注。但是，能够适时切实可行的解决措施的国家或企业却很少，必须加大力度研究和解决这一严峻的问题。电能的生产过程中会产生二氧化碳甚至是有毒性的砌体，一旦这些气体排放到空气中必然会对生态环境产生不利的影响。比如温室效应，已经是众所周知的问题，是当前我国重点在解决的环境问题。因为温室效应不断加剧，各国家都已经意识到全球变暖已经成为趋势。随着太阳能光伏发电的运用，可以有效缓解这些环境污染问题，并且还实现了资源的合理利用，对生态环境以及人们的生活提供了重要的保障。总之，无论是从国家发展角度还是环保角度来看，光伏发电产业起到的重要作用是无可替代的。
1.3太阳能光伏发电的发展现状
光伏发电具有天然优势，光伏产业发展一直面临发电成本相对较高的问题，对政策的依赖性较强。世界各国对于光伏产业的支持政策包括固定价格收购制度，税收优惠政策等，或采用绿证制度通过市场竞价发放补贴、可再生能源配额制等。
在各国政府的推动下，近年来太阳能开发利用规模快速扩大，技术进步和产业升级加快，成本显著降低，已成为全球能源转型的重要领域。截至2017年底，全球光伏装机总量已超过400GW。其中2017年全球光伏新增装机约102GW，比2016年同比增长约40%。2007至2016年全球光伏发电平均年增长率超过40%，成为全球增长速度最快的能源品种。从趋势来看，在2017年的新增装机量中，我国贡献了53GW，与2016年新增装机量相比，同比增长了56%。截至2017年底，我国累计装机容量达130GW，新增和累计装机容量均为全球第一。
2太阳能光伏发电的原理
光伏发电系统是利用光伏组件的光生伏打效应，将光能直接转换成电能的一种新型发电系统，这种技术的关键是太阳能光伏组件。太阳能交流发电系统是由光伏组件、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，安装维护简便。太阳能是一种辐射能，要想把光能转换成电能必须要依靠光伏组件。当太阳光照射在太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对，在电池内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出，这样，太阳的光能就直接变成了可以使用的电能。
3太阳能光伏发电系统应用分析
3.1光伏发电系统的避雷措施
无论是何种类型的太阳能发电系统都要求其采光装置有较好的朝向以及较长时间面向太阳，受到成本的限制，我国打多数太阳能发电系统（包括光伏太阳能和发电系统），其安装的位置要么出去开阔地带，要么位于屋顶，这就造成了当雷雨来临时，较易会受雷击的可能性比较大，并且太阳能电池组件和逆变器比较昂贵，因此必须采取有效保护措施。包括外部防雷保护和内部防雷保护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆外部防雷即防止直击雷，直击雷会直接落到太阳能光伏组件、配电线、电气设备上，基本措施就是安装避雷针或避雷器，装设位置应尽量避免避雷针的投影落在太阳能电池组件上，外部防雷的防雷机制是通过外部的导体，将落雷直接引导至不会对太阳能光伏发电装置（尤其是太阳能电池板）造成影响的地方，他的设备组成一般包括接闪器、引下线和接地地网等。内部防雷就是防止感应雷的入侵。系统主要采取装设电涌保护器，其作用就是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，使设备或系统不受雷电流冲击而损坏。
3.2光伏设备基础制作
光伏设备预埋件及预留孔的位置和尺寸符合设计要求，预埋件固定牢固。
光伏设备预埋件基础槽钢安装允许偏差符合下表3规定。
基础槽钢安装后，顶部应高出装修底面10 mm，基础槽钢应有明显的接地。
3.3汇流箱安装
汇流箱安装前应检查箱内元器件无损坏，连接线无松动，开关机及熔断器断开。
汇流箱进线端、出线端、接地端绝缘电阻不应小于20 MΩ。
汇流箱安装位置符合设计要求，支架及固定螺栓采用防腐件。
汇流箱安装垂直偏差应小于1.5 mm。
汇流箱内光伏组件串的电缆接引前，必须确认光伏组件侧和逆变器侧均有明显断开点。
汇流箱柜门应采用接地线与箱体连接。
3.4独立光伏发电系统
独立光伏发电系统是指不与公共电网相接的自给自足的发电系统，主要由光伏阵列、控制器、蓄电池组、逆变器、直流负载和交流负载组成。光伏组件在白天有光照的情况下将太阳能直接转换成直流形式的电能。控制器是独立光伏发电系统的核心部件之一，它可以检测光伏阵列的输出电压和输出电流；在白天日照充足光伏阵列发出的电能大于负载需求时，控制器可以控制光伏组件发出的直流电向蓄电池充电，而在阴雨天或者晚上光伏阵列发出的电能不足时，控制器可以控制蓄电池放电；蓄电池起着调节系统电能的作用；逆变器的作用是将直流电转换成与交流负载同相的交流电。由于大多独立光伏发电系统加入了蓄电池环节，它可以有效地调节能量，但是系统成本也随之增加，此外独立发电系统输出电能质量的要求不是很高，可靠性也略微偏低。 独立发电系统一般是作为独立电源使用，直接给负载供电，它是太阳能发电最基本的系统形式。独立发电系统一般以中小系统居多，中型系统主要为远离公共电源的偏远农村、海岛、牧区提供基本生活用电，还可为边防哨所等特殊处所提供电源，小型系统用于路灯照明或者当做便携式移动电源使用等。 独立光伏发电系统根据有无蓄电池和输出电能的性质可分为四类：无蓄电池的直流光伏发电系统、有蓄电池的直流光伏发电系统、交流及交直流光伏发电系统、市电互补型光伏发电系统。
4太阳能光伏发电在地铁的应用
2013年，北京地铁14号线张郭庄站建成屋顶光伏发电系统。
2014年，南京地铁在一号线新模范马路站2号出入口顶棚加装了BIPV（光伏建筑一体化）太阳能发电系统。
2016年，河北省石家庄地铁西兆通综合维修基地建成国内首个地铁车辆段光伏发电项目，该项目投用后，每年将为地铁提供100余万度绿色电能，为车辆段自身运行以及维修基地提供充足的电量。剩余电量还将计划传送到地铁电网，为1号线机车提供用电服务。
地铁站采用光伏发电对于我国地铁行业的节能减排、绿色环保具有十分重要的示范效应和良好的经济效益。
结束语
光伏发电可以帮助节约能源，保护环境，在城市轨道交通中发展潜力很大。但是由于成本等原因，应用较少，在地铁行业推广光伏发电仍然任重道远。
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[4]郗永秋.光伏发电系统在城市轨道交通的应用研究[J].交通世界(运输.车辆)，2014(Z1):148-150.
论文作者:张建锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：光伏论文; 系统论文; 太阳能论文; 电能论文; 蓄电池论文; 组件论文; 负载论文; 《防护工程》2018年第21期论文;