光伏电站在船闸远方调度站的应用

1、前言

随着水运交通的迅速发展，船闸目前实现24小时运行，船闸远方远调站作为船闸的主要窗口对船员提供不间断的过闸服务，而远方调度站往往离船闸的中心区较远，目前采用的供电方式主要有从附近乡村直接供电或敷设专用线路供电，但是以上2种情况如出现线路突发故障均会使船闸远调站不能运行造成船员无法登记过闸。本文通利用光伏建筑一体化( BIPV )技术在船闸远调站安装太阳能电站的方法提出了一种较好的解决方案，并对太阳能照明在船闸的应用做了具体详细的分析。

2、船闸光伏电站系统原理及组成

船闸的远方调度站往往市区较远，常年阳光充足，光线无遮挡，这些条件为安装太阳能光伏电站系统提供了保证。

2.1光伏系统的工作原理

光伏系统的工作原理图

工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。

2. 2光伏系统的组成

光伏系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜等设备组成。根据各船闸的实际情况可选择安装以下2种类型的光伏发电系统;

A.并网运行的光伏发电系统： 并网系统的特点是：太阳能电池板产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。由于直接将电能输入到电网，免除了蓄电池的配置，降低了系统的成本;且省掉了蓄电池储能和释放的过程，充分利用太阳能电池板所发的电力，减少了能量的损耗。但另一方面，系统中需要配置专用的并网逆变器，以保证输出的电能满足电网电力对电压、频率等用电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题，会有部分的能量损失。

系统概要图

B.独立光伏发电系统概要图

独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，它适用范围广，由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价偏高。在增加相关设备后也可向商业电网供电。该系统的特点是 : 单一个体是一个独立的系统，即使某一个体出现故障，不会影响其他个体，且不必架设配电源线路。但要求应用场所周围没有遮挡物，确保每一单体必须是接收阳光良好。

系统概要图

根据船闸远方调度站目前的运行状况推荐一套船闸远调站5KW太阳能独立发电系统的主要配置说明。

以太阳能优先供电，当长时间阴雨天蓄电池电能不足时，立即自动切换至市电以保证负载供电不间断，蓄电池电能恢复时自动切回。整个太阳能电站高较单晶硅电池组件5400W。电站由54块100W高较单晶硅太阳能电池组件，3组每组18块100W太阳能组件串阵列构成，系统电压设计成220V系统，2V1000AH 55节，其为8串2V1000AH免维护电池组成，这样可方便的安装接线。总共3路输入控制器，控制器选用，DC220V 25A，电站总电流为21A左右，每路则为7A左右。总功率为5400W。方阵工作电压为275.2V，则蓄电池的电压应为220.16V，如选用2V/1000AH蓄电池则为55组串联。

主要设备配置清单：

项目名称 型号 数量 备注

太阳能电池 100W/18V 54块 5400W

控制器 DC220/25A 1台

蓄电池 2V1000AH 55只

逆变器 DC220V/25KW 1台

静态转换器 AC220V/25A 1台

板支架 非标准 -

蓄电池支架 非标准 -

导线 若干 -

◆光伏发电系统的特点

没有转动部件，不产生噪音; 没有空气污染、不排放废水;

没有燃烧过程，不需要燃料; 维修保养简单，维护费用低;

运行可靠性、稳定性好; 晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上;

3、在船闸远调站安装方法

利用光伏建筑一体化( BIPV )技术将光伏器件与建筑材料集成化。比如，船闸远调站屋顶、向阳的外墙甚至窗户材料都用光伏器件来代替，则既能作为建材又能发电，可谓一举两得。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合，与周围的自然环境整合，以期达到完美的协调。当然，对光伏器件来说，同时还应具备建材所要求的隔热保温、防水防潮、机械强度、电气绝缘等性能，并要考虑安全可靠、便于施工、立面美观等因素。控制设备可配合远方调度站的机房进行安装。

3.1 电池板安装原则

安装方向

安装太阳能电池板时，在北半球电池板面原则上应朝南略偏西，南半球应朝北略偏西，这是因为午后阳光较强，即使上午有雾，午后即可消散，下午也可以较好地接收太阳光。当然，实际安装时，还需针对不同地区、不同单位的经济条件等具体情况而定。

3.2 安装角度

地理纬度不同，则太阳能电池板面与地面夹角亦有所不同，通常高纬度地区夹角大一些，低纬度地区夹角小一些(如淮安地区夹角一般为 35 °)，这样才能最大限度地利用太阳光。

3.3 占地面积

使用太阳能板必须预留安装面积，现阶段电池板因技术原因还不可能做得很小，因而占地面积较大。以淮安为例，目前每 100Wp (峰值功率)电池板占地面积约为 1.2 ㎡，如果排成阵列，后排必须留有足够位置避开前排的阴影，则占地面积在淮安地区约为 2.2 ㎡。

3.4 基本要求

无论上述何种太阳能光伏应用系统，电池板安装都必须避开所有阴影，使阳光不被遮挡，其支架强度必须能够抵抗当地最大风力及最大雨雪冰雹等荷载。

4 太阳能照明设备

4.1 太阳能照明成本分析

近年来我国太阳能电池的生产能力猛增，其产品价格也由“七五”初期的80元/瓦，下降到目前的40元/瓦以下。使得推广使用太阳能光伏应用产品的价格瓶颈得到基本解决，不再因太阳能光伏产品的高价而制约其产品的推广，使可望不可及变为迅速普及。采用太阳能灯光亮化工程，每年可节省大量的资金，既亮化了城市，又生态地发展了城市，并充分地利用了能源，是目前世界上最合理的发展方向。

再以太阳能庭院灯为例：每盏3000～4000元，比普通庭院灯大约贵一倍，但是如算上电气管线、配电设施的投资再加上3～5年的电费和日常维护费，其成本也基本相当。

4.2 船闸的机房、楼道照明

船闸太阳能机房灯由太阳能电池板供电。整栋建筑采用整体布局、分体安装、集中供电方式。太阳能安装船闸各闸口机房天台或屋面，用专用导线(可预留)传送到每层机房和楼梯口。系统采用声光感应、定时控制、和手动控制相结合。白天系统充电、夜间自动转换开启装置，根据事先设定的状态进行工作。当楼内发生突发事故切断电源或区域停电时，仍可连续供电3-5小天，可以作为应急灯使用，由于船闸闸口机房的可利用空间较大可安装容量较大的蓄电池组作为存储为船闸闸口调度亭空调提供电力。在降低各项费用的同时体现了人性化的设计理念。

4.3 闸区亮化照明

目前太阳能光伏技术在城市亮化照明中的应用业已起步并以快速发展的势头逐步普及应用。在船闸闸区的指示牌、警示牌、草坪灯、路灯等均可采用太阳能光伏照明技术，使闸区照明更方便、安全、环保、节能。太阳能亮化照明技术具有一次性投资、无长期运行费用、安装方便、免维护、使用寿命长等特点，不会对环境造成破坏，同时也降低了各项费用，节约能源，可谓“一举多得”

太阳能照明设备主要由照明灯具、光源和控制系统组成。太阳能照明灯具在船闸的利用主要有太阳能草坪灯、庭院灯、景观灯和高杆灯等。这些灯具以太阳光为能源，白天充电，晚上使用，无需进行复杂昂贵的管线铺设，而且可以任意调整灯具的布局。其光源一般采用LED或直流节能灯，使用寿命较长，又为冷光源。太阳能亮化灯具是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就能自动工作。控制模式一般分为光控方式和计时控制方式，一般采用光控或者光控与计时组合工作方式。在光照强度低于设定值时控制器启动灯点亮，同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。充电及开关过程可以由微电脑智能控制，自动开关，无需人工操作，工作稳定可靠，节省电费，免维护。

5 太阳能设备在船闸应用存在的问题及解决方法

目前太阳能照明设备还很难使用在船闸的闸室和引航道道照明上。因《船闸电气设计规范》对船闸的照明有较高的照度要求，就目前太阳能电池的转换效率和价格来讲，还不能够满足这个要求。但在不久的将来，随着技术水平的提高，这个问题也解决。

对太阳能照明灯具在连续阴雨天不能使用的问题，建议在安装灯具时可以采用容量较大的电池组就可以解决这个问题。

太阳能光伏技术在船闸中的应用是一项前期投入较大后期回报稳定的工程，需要经费等方面的支持，各船闸可根据经费的情况先开展部分项目，等产生一定的经济效益和社会效益后再全面推广。

6 结语

开发和利用太阳能是远有前景，近有实效的事业，此项工程每年可为各船闸节约大量的照明经费。推广太阳能光伏技术在船闸中的应用是一个新的课题。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，太阳能光伏技术的效率、性价比将得到迅速提高，它在各个领域都将得到广泛的应用，也将极大地推动太阳能光伏技术在船闸中的应用。

参考文献：

[1] 家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法[S].北京：中国标准出版社，

[2] 赵争鸣, 刘建政, 孙晓瑛. 太阳能光伏发电及其应用. 北京: 科学出版社, 2005.

[3] 黄讯. 我国光伏发电的现状及市场展望. 中国环保产业. 2003, 5: 20-21.

[4] 赵玉文. 我国太阳能光伏产业发展形式和思考. 世界科技研究与发展. 2003, 25(4):