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小時運(yùn)行，船閘遠(yuǎn)方遠(yuǎn)調(diào)站作為船閘的主要窗口對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)生一定的電動勢，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 : 單一個體是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，即使某一個體出現(xiàn)故障，不會影響其他個體，且不必架設(shè)配電源線路。但要求應(yīng)用場所周圍沒有遮擋物，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)長時間陰雨天蓄電池電能不足時，立即自動切換至市電以保證負(fù)載供電不間斷，蓄電池電能恢復(fù)時自動切回。整個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 數(shù)量 備注

太陽能電池 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(zhuǎn)換器 AC220V/25A 1臺

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，對光伏器件來說，同時還應(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，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，還需針對不同地區(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。