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摘要：光伏發電技術也被稱為太陽能發電技術，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，光伏發電技術得到了廣泛應用和發展。文章以某鐵路車站分布式光伏系統設計為例，依托CandelaRoof仿真軟件，從太陽能資源分析、用電負荷預測、自發自用比例等多個方面對設計中的關鍵環節進行分析，提出了一種分布式光伏發電系統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；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，可再生能源的發展和利用越來越受到關注。可再生能源是指不會枯竭的能源，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，降低環境污染，提高能源安全性。因此，研究和開發可再生能源對于促進全球可持續發展具有重要意義[1]。 光伏發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。光伏發電系統由太陽能電池板、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，光伏發電技術在技術研發、市場規模、成本效益等方面都取得了顯著進展[2]。光伏發電技術的研發不斷推進，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惠政策和補貼，進一步促進了國內光伏發電系統的發展。從目前的發展趨勢來看，光伏發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的條件，相較于普通建筑，應用于鐵路車站的光伏發電系統具有以下特點： （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，可有效減少光伏發電系統占用的空間資源。 （2）消納能力高。車站具有平穩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定，使光伏發電系統具有較高的消納能力，為工程帶來可觀的經濟效益[4]。 （3）供電系統構架。鐵路供電系統，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，可為區間負荷供電，還可實現電源故障時的越區供電[5]。鐵路沿線區間用電負荷較多，主要有通信基站、信號中繼站、電氣化所、公安警務區及崗亭等。以通信基站為例，每3km有一處。由于區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電系統有多余電量時，可通過10kV電力貫通線為區間負荷供電，這種供電系統構架進一步提升了光伏系統的消納能力。 文章以陜西省境內某鐵路車站分布式光伏發電系統設計為例，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仿真軟件對光伏發電系統進行建模仿真；*后通過軟件測算系統的自發自用比例驗證了系統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公司開發的太陽能評估和規劃交互式工具，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）中相關規定，此地太陽能資源屬于“C級"豐富地區，穩定度屬于“B級"穩定地區，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電系統裝機容量、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，涵蓋光伏發電系統的幾乎全部發電時間段，可有效地利用光伏系統的發電量。 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光伏系統裝機容量估算 光伏發電時間按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為光伏日發電總量，kW·h；W高峰為光伏高峰時段發電總量，kW·h；W平段為光伏平時段發電總量，kW·h。 由式（1）可得光伏發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裝機為光伏系統裝機容量，kWp；T為峰值日照時間，h。 4基于CandelaRoof軟件的光伏發電系統建模 根據車站建筑情況及光伏系統裝機容量估算，光伏組件選用LR5-72HPH-550M，采用豎向2塊布置方式，系統模型主要基本參數如表2所示。 表2系統模型主要基本參數 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特性，因此需要建立每個月負荷用電量與光伏系統發電量之間的聯系，才能*確計算系統的電量自用比例。為驗證式（2）提出的估算方法的有效性，利用軟件中自發自用測算模塊對上述模型進行進一步分析和優化。將表1中車站的全年用電數據導入CandelaRoof軟件中，根據光伏系統發電量及月負荷用電量，自發自用比例仿真計算結果如表3所示。
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發表于 2025-6-20 12:01:43
