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摘要：光伏發(fā)電技術也被稱為太陽能發(fā)電技術，是一種利用太陽輻射轉化為電能的技術。隨著人們對可再生能源需求的增加，光伏發(fā)電技術得到了廣泛應用和發(fā)展。文章以某鐵路車站分布式光伏系統(tǒng)設計為例，依托CandelaRoof仿真軟件，從太陽能資源分析、用電負荷預測、自發(fā)自用比例等多個方面對設計中的關鍵環(huán)節(jié)進行分析，提出了一種分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量的估算方法，并通過仿真驗證了方法的可行性，為工程設計提供參考。 關鍵詞：鐵路供電；分布式光伏系統(tǒng)；用電負荷預測 0引言 隨著全球能源緊缺問題的進一步加劇，可再生能源的發(fā)展和利用越來越受到關注?？稍偕茉词侵覆粫萁叩哪茉?，包括太陽能、風能、水能、地熱能等。這些能源的利用可以減少對化石燃料的依賴，降低環(huán)境污染，提高能源安全性。因此，研究和開發(fā)可再生能源對于促進全球可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。 光伏發(fā)電技術基本原理是利用半導體材料的光電效應，將太陽光能轉化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器和逆變器等組成，其中太陽能電池板是其核心部件。近年來，光伏發(fā)電技術在技術研發(fā)、市場規(guī)模、成本效益等方面都取得了顯著進展[2]。光伏發(fā)電技術的研發(fā)不斷推進，太陽能電池板的效率不斷提高。例如，PERC、N-TypeTOPCON、HJT等新型電池技術不斷涌現，使太陽能電池板的轉換效率不斷提高，一些*家和地區(qū)成為主流的能源供應方式，加之我國提出“碳中和、碳達峰"目標，國內各地為推廣綠色能源均有不同程度的優(yōu)惠政策和補貼，進一步促進了國內光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。從目前的發(fā)展趨勢來看，光伏發(fā)電仍會是未來數十年內的熱門話題[3]。 在實際的工程設計中，已建成的鐵路車站有較好的增設光伏系統(tǒng)的條件，相較于普通建筑，應用于鐵路車站的光伏發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點： （1）建筑面積充足。車站擁有較多的大面積建筑物，如站房、辦公綜合樓、軌道車庫以及站臺雨棚等，屋面大多較為平整，承載力良好，屋面可利用率高，可有效減少光伏發(fā)電系統(tǒng)占用的空間資源。 （2）消納能力高。車站具有平穩(wěn)運行特性的動力負荷較多，典型負荷有通信、信號、信息設備，機房*用空調等。動力負荷用電量大且運行穩(wěn)定，使光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較高的消納能力，為工程帶來可觀的經濟效益[4]。 （3）供電系統(tǒng)構架。鐵路供電系統(tǒng)，除車站設置配電所為本車站的負荷供電外，為保障重要負荷的用電可靠性，各相鄰配電所間設置一回或兩回高壓電力貫通線，可為區(qū)間負荷供電，還可實現電源故障時的越區(qū)供電[5]。鐵路沿線區(qū)間用電負荷較多，主要有通信基站、信號中繼站、電氣化所、公安警務區(qū)及崗亭等。以通信基站為例，每3km有一處。由于區(qū)間負荷由相鄰車站配電所之間連通的10kV電力貫通線供電，當車站設置的光伏發(fā)電系統(tǒng)有多余電量時，可通過10kV電力貫通線為區(qū)間負荷供電，這種供電系統(tǒng)構架進一步提升了光伏系統(tǒng)的消納能力。 文章以陜西省境內某鐵路車站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設計為例，針對以上設計中的關鍵問題進行分析，首先根據車站所在地的經緯度確定了系統(tǒng)的日照資源；然后結合車站用電情況提出了光伏陣列裝機容量的估算算法并通過CandelaRoof仿真軟件對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行建模仿真；*后通過軟件測算系統(tǒng)的自發(fā)自用比例驗證了系統(tǒng)裝機容量估算的準確性，以此說明文章提出的估算算法在項目前期設計階段中的指導意義。 1太陽能資源分析 Meteonorm是由瑞士MeteotestAG公司開發(fā)的太陽能評估和規(guī)劃交互式工具，根據該工具提供的氣象數據，車站所在地平均年水平面總輻射量值為1241.7kW·h/m2，其中水平散射輻射量值為780.5kW·h/m2，月平均總輻射日輻照量*低值與*高值的比值為0.38，年水平面散射輻照量與水平面直接輻照量比值（即直射比DHRR）為0.37[6]。根據《太陽能資源等級總輻射》（GB/T31155—2014）中相關規(guī)定，此地太陽能資源屬于“C級"豐富地區(qū)，穩(wěn)定度屬于“B級"穩(wěn)定地區(qū)，并且太陽能直射比等級為“中級"，具有較好的太陽能資源利用條件。 2車站用電量分析 對既有車站的用電量分析是計算光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量、消納率及經濟評價等一系列數據的依據。若要*確地分析用電量，則需要車站至少1a的日負荷曲線。一般而言，日負荷曲線難以收集，因此目前常用的計算方法是根據供電公司的電費繳納單，對近一年的負荷用電情況進行分析。 車站設容量為630kV·A箱式變電站1座，為站內負荷供電。根據*近1a的電費繳納情況，車站在尖峰、高峰、平段及低谷時段的用電情況如表1所示。 表1數據表明，車站近1a的用電總量為395000kW·h，平均日用電量為1082.19kW·h，且車站用電量*大的時間段為高峰段及平段，涵蓋光伏發(fā)電系統(tǒng)的幾乎全部發(fā)電時間段，可有效地利用光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。 表1車站各月份分時段用電量 單位：（kW·h）/月 注：1月及12月尖峰時段為18：30—20：30，7月及8月的尖峰時段為19：30—21：30，高峰時段為8：00—11：30、18：30—23：00；平時段為7：00—8：00、11：30—18：30。 3光伏系統(tǒng)裝機容量估算 光伏發(fā)電時間按9：00—15：00考慮，其中包含2.5h的高峰段用電及3.5h的平段用電。車站高峰段年用電量為142242.4kW·h，平段年用電量為133438.0kW·h，對用電量及時長進行加權平均，則光伏發(fā)電時間段內（共計6h）車站用電量為102829.88kW·h。 式中：WT為光伏日發(fā)電總量，kW·h；W高峰為光伏高峰時段發(fā)電總量，kW·h；W平段為光伏平時段發(fā)電總量，kW·h。 由式（1）可得光伏發(fā)電時間段內平均日用電量合計281.7kW·h，查詢氣象數據，當地平均峰值日照小時數為3.4h，則裝機容量估算為82.9kWp。 式中：P裝機為光伏系統(tǒng)裝機容量，kWp；T為峰值日照時間，h。 4基于CandelaRoof軟件的光伏發(fā)電系統(tǒng)建模 根據車站建筑情況及光伏系統(tǒng)裝機容量估算，光伏組件選用LR5-72HPH-550M，采用豎向2塊布置方式，系統(tǒng)模型主要基本參數如表2所示。 表2系統(tǒng)模型主要基本參數 式（2）計算的裝機容量為估算值，由于平均日照小時數每月數值均不一樣，且車站用電負荷有季節(jié)特性，因此需要建立每個月負荷用電量與光伏系統(tǒng)發(fā)電量之間的聯系，才能*確計算系統(tǒng)的電量自用比例。為驗證式（2）提出的估算方法的有效性，利用軟件中自發(fā)自用測算模塊對上述模型進行進一步分析和優(yōu)化。將表1中車站的全年用電數據導入CandelaRoof軟件中，根據光伏系統(tǒng)發(fā)電量及月負荷用電量，自發(fā)自用比例仿真計算結果如表3所示。
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發(fā)表于 2025-6-20 12:01:43
