光伏電站在船閘遠(yuǎn)方調(diào)度站的應(yīng)用

1、前言

隨著水運(yùn)交通的迅速發(fā)展，船閘目前實(shí)現(xiàn)24小時(shí)運(yùn)行，船閘遠(yuǎn)方遠(yuǎn)調(diào)站作為船閘的主要窗口對(duì)船員提供不間斷的過閘服務(wù)，而遠(yuǎn)方調(diào)度站往往離船閘的中心區(qū)較遠(yuǎn)，目前采用的供電方式主要有從附近鄉(xiāng)村直接供電或敷設(shè)專用線路供電，但是以上2種情況如出現(xiàn)線路突發(fā)故障均會(huì)使船閘遠(yuǎn)調(diào)站不能運(yùn)行造成船員無法登記過閘。本文通利用光伏建筑一體化( BIPV )技術(shù)在船閘遠(yuǎn)調(diào)站安裝太陽能電站的方法提出了一種較好的解決方案，并對(duì)太陽能照明在船閘的應(yīng)用做了具體詳細(xì)的分析。

2、船閘光伏電站系統(tǒng)原理及組成

船閘的遠(yuǎn)方調(diào)度站往往市區(qū)較遠(yuǎn)，常年陽光充足，光線無遮擋，這些條件為安裝太陽能光伏電站系統(tǒng)提供了保證。

2.1光伏系統(tǒng)的工作原理

光伏系統(tǒng)的工作原理圖

工作原理：白天，在光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉(zhuǎn)換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進(jìn)行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進(jìn)行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用。

2. 2光伏系統(tǒng)的組成

光伏系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜等設(shè)備組成。根據(jù)各船閘的實(shí)際情況可選擇安裝以下2種類型的光伏發(fā)電系統(tǒng);

A.并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)： 并網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：太陽能電池板產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。由于直接將電能輸入到電網(wǎng)，免除了蓄電池的配置，降低了系統(tǒng)的成本;且省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，充分利用太陽能電池板所發(fā)的電力，減少了能量的損耗。但另一方面，系統(tǒng)中需要配置專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電能滿足電網(wǎng)電力對(duì)電壓、頻率等用電性能指標(biāo)的要求。因?yàn)槟孀兤餍实膯栴}，會(huì)有部分的能量損失。

系統(tǒng)概要圖

B.獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)概要圖

獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，它適用范圍廣，由于必須有蓄電池儲(chǔ)能裝置，所以整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)偏高。在增加相關(guān)設(shè)備后也可向商業(yè)電網(wǎng)供電。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是 : 單一個(gè)體是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，即使某一個(gè)體出現(xiàn)故障，不會(huì)影響其他個(gè)體，且不必架設(shè)配電源線路。但要求應(yīng)用場(chǎng)所周圍沒有遮擋物，確保每一單體必須是接收陽光良好。

系統(tǒng)概要圖

根據(jù)船閘遠(yuǎn)方調(diào)度站目前的運(yùn)行狀況推薦一套船閘遠(yuǎn)調(diào)站5KW太陽能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的主要配置說明。

以太陽能優(yōu)先供電，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間陰雨天蓄電池電能不足時(shí)，立即自動(dòng)切換至市電以保證負(fù)載供電不間斷，蓄電池電能恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切回。整個(gè)太陽能電站高較單晶硅電池組件5400W。電站由54塊100W高較單晶硅太陽能電池組件，3組每組18塊100W太陽能組件串陣列構(gòu)成，系統(tǒng)電壓設(shè)計(jì)成220V系統(tǒng)，2V1000AH 55節(jié)，其為8串2V1000AH免維護(hù)電池組成，這樣可方便的安裝接線?？偣?路輸入控制器，控制器選用，DC220V 25A，電站總電流為21A左右，每路則為7A左右?？偣β蕿?400W。方陣工作電壓為275.2V，則蓄電池的電壓應(yīng)為220.16V，如選用2V/1000AH蓄電池則為55組串聯(lián)。

主要設(shè)備配置清單：

項(xiàng)目名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注

太陽能電池 100W/18V 54塊 5400W

控制器 DC220/25A 1臺(tái)

蓄電池 2V1000AH 55只

逆變器 DC220V/25KW 1臺(tái)

靜態(tài)轉(zhuǎn)換器 AC220V/25A 1臺(tái)

板支架 非標(biāo)準(zhǔn) -

蓄電池支架 非標(biāo)準(zhǔn) -

導(dǎo)線 若干 -

◆光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)

沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不產(chǎn)生噪音; 沒有空氣污染、不排放廢水;

沒有燃燒過程，不需要燃料; 維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低;

運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性好; 晶體硅太陽電池壽命可達(dá)到25年以上;

3、在船閘遠(yuǎn)調(diào)站安裝方法

利用光伏建筑一體化( BIPV )技術(shù)將光伏器件與建筑材料集成化。比如，船閘遠(yuǎn)調(diào)站屋頂、向陽的外墻甚至窗戶材料都用光伏器件來代替，則既能作為建材又能發(fā)電，可謂一舉兩得。建筑物的墻面和屋頂?shù)腜V組件的造型、色彩、建筑風(fēng)格與建筑物結(jié)合，與周圍的自然環(huán)境整合，以期達(dá)到完美的協(xié)調(diào)。當(dāng)然，對(duì)光伏器件來說，同時(shí)還應(yīng)具備建材所要求的隔熱保溫、防水防潮、機(jī)械強(qiáng)度、電氣絕緣等性能，并要考慮安全可靠、便于施工、立面美觀等因素。控制設(shè)備可配合遠(yuǎn)方調(diào)度站的機(jī)房進(jìn)行安裝。

3.1 電池板安裝原則

安裝方向

安裝太陽能電池板時(shí)，在北半球電池板面原則上應(yīng)朝南略偏西，南半球應(yīng)朝北略偏西，這是因?yàn)槲绾箨柟廨^強(qiáng)，即使上午有霧，午后即可消散，下午也可以較好地接收太陽光。當(dāng)然，實(shí)際安裝時(shí)，還需針對(duì)不同地區(qū)、不同單位的經(jīng)濟(jì)條件等具體情況而定。

3.2 安裝角度

地理緯度不同，則太陽能電池板面與地面夾角亦有所不同，通常高緯度地區(qū)夾角大一些，低緯度地區(qū)夾角小一些(如淮安地區(qū)夾角一般為 35 °)，這樣才能最大限度地利用太陽光。

3.3 占地面積

使用太陽能板必須預(yù)留安裝面積，現(xiàn)階段電池板因技術(shù)原因還不可能做得很小，因而占地面積較大。以淮安為例，目前每 100Wp (峰值功率)電池板占地面積約為 1.2 ㎡，如果排成陣列，后排必須留有足夠位置避開前排的陰影，則占地面積在淮安地區(qū)約為 2.2 ㎡。

3.4 基本要求

無論上述何種太陽能光伏應(yīng)用系統(tǒng)，電池板安裝都必須避開所有陰影，使陽光不被遮擋，其支架強(qiáng)度必須能夠抵抗當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力及最大雨雪冰雹等荷載。

4 太陽能照明設(shè)備

4.1 太陽能照明成本分析

近年來我國(guó)太陽能電池的生產(chǎn)能力猛增，其產(chǎn)品價(jià)格也由“七五”初期的80元/瓦，下降到目前的40元/瓦以下。使得推廣使用太陽能光伏應(yīng)用產(chǎn)品的價(jià)格瓶頸得到基本解決，不再因太陽能光伏產(chǎn)品的高價(jià)而制約其產(chǎn)品的推廣，使可望不可及變?yōu)檠杆倨占?。采用太陽能燈光亮化工程，每年可?jié)省大量的資金，既亮化了城市，又生態(tài)地發(fā)展了城市，并充分地利用了能源，是目前世界上最合理的發(fā)展方向。

再以太陽能庭院燈為例：每盞3000～4000元，比普通庭院燈大約貴一倍，但是如算上電氣管線、配電設(shè)施的投資再加上3～5年的電費(fèi)和日常維護(hù)費(fèi)，其成本也基本相當(dāng)。

4.2 船閘的機(jī)房、樓道照明

船閘太陽能機(jī)房燈由太陽能電池板供電。整棟建筑采用整體布局、分體安裝、集中供電方式。太陽能安裝船閘各閘口機(jī)房天臺(tái)或屋面，用專用導(dǎo)線(可預(yù)留)傳送到每層機(jī)房和樓梯口。系統(tǒng)采用聲光感應(yīng)、定時(shí)控制、和手動(dòng)控制相結(jié)合。白天系統(tǒng)充電、夜間自動(dòng)轉(zhuǎn)換開啟裝置，根據(jù)事先設(shè)定的狀態(tài)進(jìn)行工作。當(dāng)樓內(nèi)發(fā)生突發(fā)事故切斷電源或區(qū)域停電時(shí)，仍可連續(xù)供電3-5小天，可以作為應(yīng)急燈使用，由于船閘閘口機(jī)房的可利用空間較大可安裝容量較大的蓄電池組作為存儲(chǔ)為船閘閘口調(diào)度亭空調(diào)提供電力。在降低各項(xiàng)費(fèi)用的同時(shí)體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)理念。

4.3 閘區(qū)亮化照明

目前太陽能光伏技術(shù)在城市亮化照明中的應(yīng)用業(yè)已起步并以快速發(fā)展的勢(shì)頭逐步普及應(yīng)用。在船閘閘區(qū)的指示牌、警示牌、草坪燈、路燈等均可采用太陽能光伏照明技術(shù)，使閘區(qū)照明更方便、安全、環(huán)保、節(jié)能。太陽能亮化照明技術(shù)具有一次性投資、無長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用、安裝方便、免維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，同時(shí)也降低了各項(xiàng)費(fèi)用，節(jié)約能源，可謂“一舉多得”

太陽能照明設(shè)備主要由照明燈具、光源和控制系統(tǒng)組成。太陽能照明燈具在船閘的利用主要有太陽能草坪燈、庭院燈、景觀燈和高桿燈等。這些燈具以太陽光為能源，白天充電，晚上使用，無需進(jìn)行復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，而且可以任意調(diào)整燈具的布局。其光源一般采用LED或直流節(jié)能燈，使用壽命較長(zhǎng)，又為冷光源。太陽能亮化燈具是一個(gè)自動(dòng)控制的工作系統(tǒng)，只要設(shè)定該系統(tǒng)的工作模式就能自動(dòng)工作。控制模式一般分為光控方式和計(jì)時(shí)控制方式，一般采用光控或者光控與計(jì)時(shí)組合工作方式。在光照強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)控制器啟動(dòng)燈點(diǎn)亮，同時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)開始。當(dāng)計(jì)時(shí)到設(shè)定時(shí)間時(shí)就停止工作。充電及開關(guān)過程可以由微電腦智能控制，自動(dòng)開關(guān)，無需人工操作，工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費(fèi)，免維護(hù)。

5 太陽能設(shè)備在船閘應(yīng)用存在的問題及解決方法

目前太陽能照明設(shè)備還很難使用在船閘的閘室和引航道道照明上。因《船閘電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)船閘的照明有較高的照度要求，就目前太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和價(jià)格來講，還不能夠滿足這個(gè)要求。但在不久的將來，隨著技術(shù)水平的提高，這個(gè)問題也解決。

對(duì)太陽能照明燈具在連續(xù)陰雨天不能使用的問題，建議在安裝燈具時(shí)可以采用容量較大的電池組就可以解決這個(gè)問題。

太陽能光伏技術(shù)在船閘中的應(yīng)用是一項(xiàng)前期投入較大后期回報(bào)穩(wěn)定的工程，需要經(jīng)費(fèi)等方面的支持，各船閘可根據(jù)經(jīng)費(fèi)的情況先開展部分項(xiàng)目，等產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益后再全面推廣。

6 結(jié)語

開發(fā)和利用太陽能是遠(yuǎn)有前景，近有實(shí)效的事業(yè)，此項(xiàng)工程每年可為各船閘節(jié)約大量的照明經(jīng)費(fèi)。推廣太陽能光伏技術(shù)在船閘中的應(yīng)用是一個(gè)新的課題。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開發(fā)的深化，太陽能光伏技術(shù)的效率、性價(jià)比將得到迅速提高，它在各個(gè)領(lǐng)域都將得到廣泛的應(yīng)用，也將極大地推動(dòng)太陽能光伏技術(shù)在船閘中的應(yīng)用。

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