光伏電站在船閘遠方調度站的應用

1、前言

隨著(zhù)水運交通的迅速發(fā)展，船閘目前實(shí)現24小時(shí)運行，船閘遠方遠調站作為船閘的主要窗口對船員提供不間斷的過(guò)閘服務(wù)，而遠方調度站往往離船閘的中心區較遠，目前采用的供電方式主要有從附近鄉村直接供電或敷設專(zhuān)用線(xiàn)路供電，但是以上2種情況如出現線(xiàn)路突發(fā)故障均會(huì )使船閘遠調站不能運行造成船員無(wú)法登記過(guò)閘。本文通利用光伏建筑一體化( BIPV )技術(shù)在船閘遠調站安裝太陽(yáng)能電站的方法提出了一種較好的解決方案，并對太陽(yáng)能照明在船閘的應用做了具體詳細的分析。

2、船閘光伏電站系統原理及組成

船閘的遠方調度站往往市區較遠，常年陽(yáng)光充足，光線(xiàn)無(wú)遮擋，這些條件為安裝太陽(yáng)能光伏電站系統提供了保證。

2.1光伏系統的工作原理

光伏系統的工作原理圖

工作原理：白天，在光照條件下，太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢，通過(guò)組件的串并聯(lián)形成太陽(yáng)能電池方陣，使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求。再通過(guò)充放電控制器對蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉換而來(lái)的電能貯存起來(lái)。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過(guò)逆變器的作用，將直流電轉換成交流電，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。光伏電站系統還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統設備的過(guò)負載運行及免遭雷擊，維護系統設備的安全使用。

2. 2光伏系統的組成

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

A.并網(wǎng)運行的光伏發(fā)電系統： 并網(wǎng)系統的特點(diǎn)是：太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉換成符合市電電網(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，降低了系統的成本;且省掉了蓄電池儲能和釋放的過(guò)程，充分利用太陽(yáng)能電池板所發(fā)的電力，減少了能量的損耗。但另一方面，系統中需要配置專(zhuān)用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電能滿(mǎn)足電網(wǎng)電力對電壓、頻率等用電性能指標的要求。因為逆變器效率的問(wèn)題，會(huì )有部分的能量損失。

系統概要圖

B.獨立光伏發(fā)電系統概要圖

獨立運行的光伏發(fā)電系統需要有蓄電池作為儲能裝置，它適用范圍廣，由于必須有蓄電池儲能裝置，所以整個(gè)系統的造價(jià)偏高。在增加相關(guān)設備后也可向商業(yè)電網(wǎng)供電。該系統的特點(diǎn)是 : 單一個(gè)體是一個(gè)獨立的系統，即使某一個(gè)體出現故障，不會(huì )影響其他個(gè)體，且不必架設配電源線(xiàn)路。但要求應用場(chǎng)所周?chē)鷽](méi)有遮擋物，確保每一單體必須是接收陽(yáng)光良好。

系統概要圖

根據船閘遠方調度站目前的運行狀況推薦一套船閘遠調站5KW太陽(yáng)能獨立發(fā)電系統的主要配置說(shuō)明。

以太陽(yáng)能優(yōu)先供電，當長(cháng)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載供電不間斷，蓄電池電能恢復時(shí)自動(dòng)切回。整個(gè)太陽(yáng)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(yáng)能電池組件，3組每組18塊100W太陽(yáng)能組件串陣列構成，系統電壓設計成220V系統，2V1000AH 55節，其為8串2V1000AH免維護電池組成，這樣可方便的安裝接線(xiàn)?？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，則蓄電池的電壓應為220.16V，如選用2V/1000AH蓄電池則為55組串聯(lián)。

主要設備配置清單：

項目名稱(chēng) 型號 數量 備注

太陽(yáng)能電池 100W/18V 54塊 5400W

控制器 DC220/25A 1臺

蓄電池 2V1000AH 55只

逆變器 DC220V/25KW 1臺

靜態(tài)轉換器 AC220V/25A 1臺

板支架 非標準 -

蓄電池支架 非標準 -

導線(xiàn) 若干 -

◆光伏發(fā)電系統的特點(diǎn)

沒(méi)有轉動(dòng)部件，不產(chǎn)生噪音; 沒(méi)有空氣污染、不排放廢水;

沒(méi)有燃燒過(guò)程，不需要燃料; 維修保養簡(jiǎn)單，維護費用低;

運行可靠性、穩定性好; 晶體硅太陽(yáng)電池壽命可達到25年以上;

3、在船閘遠調站安裝方法

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，船閘遠調站屋頂、向陽(yáng)的外墻甚至窗戶(hù)材料都用光伏器件來(lái)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的PV組件的造型、色彩、建筑風(fēng)格與建筑物結合，與周?chē)淖匀画h(huán)境整合，以期達到完美的協(xié)調。當然，對光伏器件來(lái)說(shuō)，同時(shí)還應具備建材所要求的隔熱保溫、防水防潮、機械強度、電氣絕緣等性能，并要考慮安全可靠、便于施工、立面美觀(guān)等因素?？刂圃O備可配合遠方調度站的機房進(jìn)行安裝。

3.1 電池板安裝原則

安裝方向

安裝太陽(yáng)能電池板時(shí)，在北半球電池板面原則上應朝南略偏西，南半球應朝北略偏西，這是因為午后陽(yáng)光較強，即使上午有霧，午后即可消散，下午也可以較好地接收太陽(yáng)光。當然，實(shí)際安裝時(shí)，還需針對不同地區、不同單位的經(jīng)濟條件等具體情況而定。

3.2 安裝角度

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