武春
中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西西安 710043
摘要：随着国内地铁建设的大范围开展，很多城市的地铁建设开始向各城市的郊区进行发展，为了降低成本，一般去向人较少郊区的线路多设计为地上线路，这就产生了很大数量的高架车站，为太阳能光伏发电系统的安装提供了大量屋面场所，本文拟对太阳能光伏发电技术在高架车站的应用系统整体方案进行分析，以供相关设计者参考使用。
关键词：太阳能光伏发电技术 城市轨道交通 高架车站
引言
我国太阳能资源丰富，有2/3左右的地区处于太阳能资源丰富带和资源较丰富带，而大部分的主要城市轨道交通系统集中在太阳能资源丰富地区，在这些地方集成光伏系统，不仅可以避免远距离输送电力造成的浪费，同时还可以节约电力，产生巨大的社会效益和经济效益。
1城市轨道交通高架车站概述
城市轨道交通高架车站一般分为两层，站厅层为地上一层，站台层为地上二层，车站屋顶及周围的围墙均可考虑使用分布式光伏发电。
高架车站一般采用钢结构网架形式，车站顶棚一般会设置透明的采光带满足车站的采光要求。因此，地铁高架车站可采用BAPV和BIPV两种设计方案，BAPV是把光伏组件以支架等形式安装在顶棚之上，车站顶棚作为光伏组件的载体，起支承作用；BIPV是将光伏组件兼做顶棚建筑材料，光伏组件成为车站顶棚不可分割的一部分。其中BAPV方案对于屋顶外观要求不高的高架车站较为适宜，造价较BIPV方案更为便宜，同时发电效率也较高，BIPV方案（即光伏建筑一体化方案）适用于对车站屋顶造型要求较高的高架车站，在进行设计前需与相关建筑设计、业主进行沟通再行确定采用哪种方案，两种方案在国内均有成熟产品。由于两者除了在屋面的形态、结构形式不同外，电气系统特点基本相同，下文仅以BAPV方案为例介绍在高架车站的设计方案。
2太阳能光伏发电技术在城市轨道交通高架车站的应用
基于节能、采光、人流等方面的考虑，高架车站站厅的屋顶结构类型大部分为钢结构+玻璃采光顶结构类型，其中钢结构类型有轻型门式刚架结构、钢网架结构、钢桁架结构等。此三种结构形式一般情况下均可以在屋面安装BAPV方案的太阳能光伏板。
高架车站屋面按照屋面建筑形式分为平、立面规则形式（平、立面为矩形、方形等直线型）及平、立面不规则形式（平、立面为弧形、球形、拱形等非直线型），平面对于太阳能光伏板的安装并无特殊要求，但不规则形式的则需根据实际屋面建筑形式进行平面摆放研究后确定太阳能光伏板的安装方案。
根据城市轨道交通供电系统拓扑结构，高架车站交流侧存在35kV和400V两个并网点，光伏发电系统有高压并网和低压并网两种方案。由于高架车站用电负荷较大，可供安装太阳能光伏组件的面积也相对较大，光伏所发电量较大，但仅靠光伏发电不能满足所有的用电要求，此外采用高压并网也不经济，可考虑采用低压并网方式接入0.4kV开关柜，在白天车站负荷优先使用光伏发电电能，当光伏发电量不够时，不足部分由地铁电网补给；在夜间或阴雨天光伏系统不能发电时，车站负荷由地铁电网供电。
按在屋顶采用260Wp单晶硅光伏组件考虑，按一般地铁高架车站屋顶面积为2600平米计算，最多可在屋面布置共计990块单晶硅光伏组件，每22块为一个组串，设计总容量为257.4kW。每11-12串接入一台60kW组串式光伏逆变器，共4台组串式逆变器，逆变器尺寸为63.4 cm×95.9cm×26.7cm（宽×高×深），逆变后以一回送出线路就近接入0.4kV开关柜侧。
根据地铁低压供电系统采用单母线分段的主接线方案，以及两台变压器各带一半用电负荷的特点，光伏发电系统分别接入变电所低压侧两段母线上，通过两段母线给车站低压用电设备供电。在并网接入点设置一面防逆流控制箱，实时监测变电所0.4kV进线断路器的电压和电流，一旦发现向高压侧输送电能，会立即通过通信控制逆变器降低输出电流，减少光伏系统发电功率；当出现通信故障或其他故障时（光伏系统故障），防逆流控制器会控制光伏交流并网柜的输出，接触器断开，从而断开并隔离光伏发电系统与车站供电系统，避免故障的扩大或相互影响，确保供电的可靠性。
按照以上的太阳能光伏发电方案，以西安市为例，其水平面年总辐照量为1221.6kW.h/m²，光伏发电系统效率估算值81.57%为例，则该260kWp光伏系统，年总发电量=81.57%×1221.6×257400=25.65万度。
结束语
综上所述，地铁高架车站可按照在站台层屋面采用BAPV或BIPV两种形式的光伏组件安装方案，按每11-12个组串串接入一台60kW组串式光伏逆变器进行设计，电能通过逆变器变为380V交流电源后接入车站变电所0.4kV低压开关柜作为太阳能光伏电源，通过设置1面防逆流控制箱保证电能不会向高压侧输送，影响电网运行，同时也可在太阳能光伏发电系统故障时切断太阳能光伏发电系统与地铁供电系统之间的电气联系，保证地铁供电系统的正常运行。
参考文献：
[1]李晓歌. 广州市城市轨道交通高架车站站厅节能设计探究[D].华南理工大学，2017.
[2]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（23）：98-99+101.
论文作者:武春
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/18
标签：光伏论文; 车站论文; 高架论文; 太阳能论文; 方案论文; 屋面论文; 系统论文; 《建筑模拟》2018年第35期论文;