光伏发电在西北高速公路的应用探讨

摘 要 西北地区高速公路沿线电力网供电不便，供电成本较高，太阳能发电技术在高速公路的应用可以有效降低成本，节约资源，具有较好的社会经济效益和较为实用的现实意义。

关键词 高速公路；太阳能供电； 应用前景

中图分类号 TM615 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0158-01

随着经济的发展，我国高速公路的建设里程每年都在实现跨越式增长，传统的电力网为高速公路照明，监控等提供了条件。广州新国际机场高速公路全线设置了照明设施，连霍高速郑州至洛阳段实现全程监控，高速公路供电日益成为高速公路设计者和建设者研究的一个课题。高速公路用电负荷属于沿线分散性负荷，供电的点多，沿线路灯及各种用电负荷均从公用10 kV变压器上引接0.4 kV电源线路。为了保证电能质量，每隔一定距离设置一台变压器，电力变压器和输电电缆大大增加了高速公路建设的投资和运行成本。统筹考虑能源构成、系统结构、成本、运输、施工维护等条件，在广大西北地区的高速公路建设，推荐采用太阳能为高速公路上的路灯、指示牌、监控摄像机等设备供电，可以有效减少高速公路长距离供电的问题。

1 太阳能发电系统

太阳能发电是利用半导体器件的光伏效应，将太阳光能辐射直接转换成电能再用于负载的技术。太阳能发电的优点是安全可靠、无污染、无需消耗燃料、无需架设输配电线路即可就地发电供电，对于缓解常规能源的短缺，减少环境污染和保护人类的再生资源可供持续性发展具有重要的意义。

通常它以三种方式向人们提供能源：直接以直流电供给用电设备；直流电经逆变变为工频交流电与电网并网，同时向电网和用电设备提供电能；直流电向蓄电池充电，经逆变为用电设备提供工频交流电。目前，前两种方式由于使用不便和供配电复杂而较少采用，第三种方式则较为常见。该太阳能发电系统主要由四大部分组成，即太阳能电池板、蓄电池、逆变器、负载组成。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用；在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。蓄电池其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。逆变器的作用是将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能供给交流负载使用。

2 西北地区太阳能优势

太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源。对于我国广大西北地区来说，高速公路经常穿过一些山区、戈壁等一些地广人稀的区域，采用传统的电力网来说施工布线尤为不易，成本也更高。但是西北地区长期干旱少雨，全年日照时数在3 000~3 300小时左右，太阳辐射年总量在

586 kJ・cm-2・a-1~837 kJ・cm-2・a-1相当于燃烧标准煤200 kg～280 kg，这种光照条件在全国范围来说是最好的，所以在西北地区高速公路上采用太阳能装置是最有优势的。

3 太阳能供电系统的设计及注意事项

1）在进行太阳能系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。

2）确定负载的工作电压、额定功率、平均每天的耗电量。受太阳能电池容量限制，对于高速公路的照明，可以选用高效节能、使用寿命长、能耗小的LED灯，监控设备及其外设选用功率较小，尽量选用直流供电设备，减少直流/交流逆变过程中的能量损耗。

3）蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。蓄电池不但能满足高速公路负载正常的使用，还至少能够保证负载能够在连续阴雨天气下至少工作十天以上。另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；放电余留20%左右。另外，考虑温度对蓄电池容量的影响。蓄电池的容量会随着蓄电池温度的变化而变化，当蓄电池温度下降时，蓄电池的容量会下降。西北地区冬季气温较低，导致蓄电池容量下降，减少蓄电池的使用寿命，增加维护成本，所以应当采用保温箱安放蓄电池，使蓄电池处于一个相对稳定的温度下。

4）根据蓄电池容量、充电电压、太阳电池方阵电压及功率要求，选取适合的太阳电池组件。太阳能电池方阵应安装在周围没有高大建筑物、树木、电杆等遮挡太阳光的处所，方阵的采光面应朝南防止，并与太阳光垂直；西北地区风沙较多，应尽量保持太阳能电池方阵表面的

清洁。

5）确定太阳能光伏发电系统内其他组件规格型号。系统导线不能太细，尽量减少不必要的线路损耗。

6）太阳能供电系统安装在空旷的高速公路上，必须设置防雷装置，避免遭受雷电的袭击而损坏。

4 太阳能技术在高速公路建设中的应用前景

我国有丰富的太阳能资源，国土面积的25%为沙漠、沙化土地，利用其中1%用于光伏发电，其年发电量相当于目前中国总发电量。2009我国提出了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》、金太阳示范工程等鼓励光伏发电产业发展的政策；2010年国务院颁布的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确提出要“开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场”；2011年国务院制定的“十二五”规划纲要再次明确了要重点发展包括太阳能热利用和光伏光热发电在内的新能源产业。一系列的政策支持让中国太阳能发电发展之路更加宽广。《交通运输“十二五”发展规划》中指出“十二五末”我国公路总里程达到450万公里，其中高速公路里程将达到10.8万公里，西部地区高速公路的建设重心将向经济不发达地区、人烟稀少地带转移，这些地区电源质量较差，采用电力网供电将增加输电线路的投资，电力损耗大，将大大增加高速公路的建设和运行成本，太阳能发电技术将为解决这些问题的最好途径。

5 结束语

我国目前太阳能发电设备还比较昂贵，但是随着国家的经济技术的发展，关键技术的突破，太阳能发电设备的价格将逐渐降低，发电效率将逐步提高。在节能减排形势日益严峻的今天，资源和环境已经成为制约经济社会发展的瓶颈，高速公路设计者应该尽可能地采用太阳能供电方式，使环保节能的太阳能技术能在我国的公共交通工程中打下基础，同时也为和谐、持续性发展的社会提供保障。

参考资料

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[4]史海涛,闫军,曹悟升.太阳能供电在高速公路监控系统的应用[J].中国交通信息化,2011,1:105~106

作者简介

曹志成（1981―），男，湖南郴州人，助教，从事自动化方面的教学研究工作。