1、前言

隨著水運交通的迅速發(fā)展，船閘目前實現24小時運行，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閘服務，而遠方調度站往往離船閘的中心區(qū)較遠，目前采用的供電方式主要有從附近鄉(xiāng)村直接供電或敷設專用線路供電，但是以上2種情況如出現線路突發(fā)故障均會使船閘遠調站不能運行造成船員無法登記過閘。本文通利用光伏建筑一體化( BIPV )技術在船閘遠調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用做了具體詳細的分析。

2、船閘光伏電站系統(tǒng)原理及組成

船閘的遠方調度站往往市區(qū)較遠，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，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串并聯形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對蓄電池進行充電，將由光能轉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，將直流電轉換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應有限荷保護和防雷裝置，以保護系統(tǒng)設備的過負載運行及免遭雷擊，維護系統(tǒng)設備的安全使用。

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，交流配電柜等設備組成。根據各船閘的實際情況可選擇安裝以下2種類型的光伏發(fā)電系統(tǒng);

A.并網運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)： 并網系統(tǒng)的特點是：太陽能電池板產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網。由于直接將電能輸入到電網，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逆變器，以保證輸出的電能滿足電網電力對電壓、頻率等用電性能指標的要求。因為逆變器效率的問題，會有部分的能量損失。

系統(tǒng)概要圖

B.獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)概要圖

獨立運行的光伏發(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)的造價偏高。在增加相關設備后也可向商業(yè)電網供電。該系統(tǒng)的特點是 : 單一個體是一個獨立的系統(tǒng)，即使某一個體出現故障，不會影響其他個體，且不必架設配電源線路。但要求應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太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)的主要配置說明。

以太陽能優(yōu)先供電，當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載供電不間斷，蓄電池電能恢復時自動切回。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成，系統(tǒng)電壓設計成220V系統(tǒng)，2V1000AH 55節(jié)，其為8串2V1000AH免維護電池組成，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，則蓄電池的電壓應為220.16V，如選用2V/1000AH蓄電池則為55組串聯。

主要設備配置清單：

項目名稱 型號 數量 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)轉換器 AC220V/25A 1臺

板支架 非標準 -

蓄電池支架 非標準 -

導線 若干 -

◆光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點

沒有轉動部件，不產生噪音; 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，維護費用低;

運行可靠性、穩(wěn)定性好; 晶體硅太陽電池壽命可達到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 )技術將光伏器件與建筑材料集成化。比如，船閘遠調站屋頂、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的PV組件的造型、色彩、建筑風格與建筑物結合，與周圍的自然環(huán)境整合，以期達到完美的協(xié)調。當然，對光伏器件來說，同時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、立面美觀等因素?？刂圃O備可配合遠方調度站的機房進行安裝。

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朝南略偏西，南半球應朝北略偏西，這是因為午后陽光較強，即使上午有霧，午后即可消散，下午也可以較好地接收太陽光。當然，實際安裝時，還需針對不同地區(qū)、不同單位的經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。

3.3 占地面積

使用太陽能板必須預留安裝面積，現階段電池板因技術原因還不可能做得很小，因而占地面積較大。以淮安為例，目前每 100Wp (峰值功率)電池板占地面積約為 1.2 ㎡，如果排成陣列，后排必須留有足夠位置避開前排的陰影，則占地面積在淮安地區(qū)約為 2.2 ㎡。

3.4 基本要求

無論上述何種太陽能光伏應用系統(tǒng)，電池板安裝都必須避開所有陰影，使陽光不被遮擋，其支架強度必須能夠抵抗當地最大風力及最大雨雪冰雹等荷載。

4 太陽能照明設備

4.1 太陽能照明成本分析

近年來我國太陽能電池的生產能力猛增，其產品價格也由“七五”初期的80元/瓦，下降到目前的40元/瓦以下。使得推廣使用太陽能光伏應用產品的價格瓶頸得到基本解決，不再因太陽能光伏產品的高價而制約其產品的推廣，使可望不可及變?yōu)檠杆倨占啊２捎锰柲軣艄饬粱こ?，每年可?jié)省大量的資金，既亮化了城市，又生態(tài)地發(fā)展了城市，并充分地利用了能源，是目前世界上最合理的發(fā)展方向。

再以太陽能庭院燈為例：每盞3000～4000元，比普通庭院燈大約貴一倍，但是如算上電氣管線、配電設施的投資再加上3～5年的電費和日常維護費，其成本也基本相當。

4.2 船閘的機房、樓道照明

船閘太陽能機房燈由太陽能電池板供電。整棟建筑采用整體布局、分體安裝、集中供電方式。太陽能安裝船閘各閘口機房天臺或屋面，用專用導線(可預留)傳送到每層機房和樓梯口。系統(tǒng)采用聲光感應、定時控制、和手動控制相結合。白天系統(tǒng)充電、夜間自動轉換開啟裝置，根據事先設定的狀態(tài)進行工作。當樓內發(fā)生突發(fā)事故切斷電源或區(qū)域停電時，仍可連續(xù)供電3-5小天，可以作為應急燈使用，由于船閘閘口機房的可利用空間較大可安裝容量較大的蓄電池組作為存儲為船閘閘口調度亭空調提供電力。在降低各項費用的同時體現了人性化的設計理念。

4.3 閘區(qū)亮化照明

目前太陽能光伏技術在城市亮化照明中的應用業(yè)已起步并以快速發(fā)展的勢頭逐步普及應用。在船閘閘區(qū)的指示牌、警示牌、草坪燈、路燈等均可采用太陽能光伏照明技術，使閘區(qū)照明更方便、安全、環(huán)保、節(jié)能。太陽能亮化照明技術具有一次性投資、無長期運行費用、安裝方便、免維護、使用壽命長等特點，不會對環(huán)境造成破壞，同時也降低了各項費用，節(jié)約能源，可謂“一舉多得”

太陽能照明設備主要由照明燈具、光源和控制系統(tǒng)組成。太陽能照明燈具在船閘的利用主要有太陽能草坪燈、庭院燈、景觀燈和高桿燈等。這些燈具以太陽光為能源，白天充電，晚上使用，無需進行復雜昂貴的管線鋪設，而且可以任意調整燈具的布局。其光源一般采用LED或直流節(jié)能燈，使用壽命較長，又為冷光源。太陽能亮化燈具是一個自動控制的工作系統(tǒng)，只要設定該系統(tǒng)的工作模式就能自動工作。控制模式一般分為光控方式和計時控制方式，一般采用光控或者光控與計時組合工作方式。在光照強度低于設定值時控制器啟動燈點亮，同時進行計時開始。當計時到設定時間時就停止工作。充電及開關過程可以由微電腦智能控制，自動開關，無需人工操作，工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費，免維護。

5 太陽能設備在船閘應用存在的問題及解決方法

目前太陽能照明設備還很難使用在船閘的閘室和引航道道照明上。因《船閘電氣設計規(guī)范》對船閘的照明有較高的照度要求，就目前太陽能電池的轉換效率和價格來講，還不能夠滿足這個要求。但在不久的將來，隨著技術水平的提高，這個問題也解決。

對太陽能照明燈具在連續(xù)陰雨天不能使用的問題，建議在安裝燈具時可以采用容量較大的電池組就可以解決這個問題。

太陽能光伏技術在船閘中的應用是一項前期投入較大后期回報穩(wěn)定的工程，需要經費等方面的支持，各船閘可根據經費的情況先開展部分項目，等產生一定的經濟效益和社會效益后再全面推廣。

6 結語

開發(fā)和利用太陽能是遠有前景，近有實效的事業(yè)，此項工程每年可為各船閘節(jié)約大量的照明經費。推廣太陽能光伏技術在船閘中的應用是一個新的課題。隨著太陽能產業(yè)化進程和技術開發(fā)的深化，太陽能光伏技術的效率、性價比將得到迅速提高，它在各個領域都將得到廣泛的應用，也將極大地推動太陽能光伏技術在船閘中的應用。

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