太阳能光伏发电系统在高速公路领域的应用探讨

太阳能光伏发电系统在高速公路领域的
应用探讨
摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进高速公路建设项目的增多。

高速公路建设与改造体量剧增、高速公路公共服务设施提档升级等现实情况使得高速公路领域的用电量持续增加，高速公路领域日益增长的用电需求与高速公路现有供电系统的供电能力、节能减排降耗理念宣贯以及“碳达峰、碳中和”目标实现之间存在较大的矛盾。

当前，国家正积极利用电能清洁、绿色、安全、高效的优势，着力构建能源供应清洁化、能源消费电气化、能源利用高效化、能源配置智慧化、能源服务多元化“五化”体系，统筹开展新能源并网、储能发展、节能减排、能效提升等技术攻关和产品研发，强化集成应用。

本文就太阳能光伏发电系统在高速公路领域的应用展开探讨。

关键词：太阳能光伏发电系统；高速公路；服务区；隧道
引言
随着我国经济建设的高速发展，各个领域、各行各业都在寻求各自的发展契机，大众普遍认同提高服务质量是竞争环境下的需要和必然趋势。

高速公路行业的快速推进，也将逐步有效地控制能源消耗及合理利用再生能源列为公路建设的重点。

1太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电系统的工作原理为光生伏特效应，即太阳光辐射到光伏系统组件中，组件将吸收到的太阳辐射转为电能，为终端用电设备供电。

太阳能光伏发电系统根据其是否与主网（电力系统的供电网络）连接而分为离网发电系统与并网发电系统。

离网发电系统为作业独立的发电系统，其基本构成包括由太阳能电池并联组成的光伏方阵、蓄电池、逆变器等，光伏方阵将接收到的太阳辐射光能转化为直流电，经由逆变器为直流负荷与交流负荷供电，剩余电能可存储至蓄
电池中。

并网发电系统则与主网相连，在并网发电量不足以支撑用电负荷时，由
主网对用电不足负荷加以补充供给，在并网发电量有闲置时则输送至主网。

并网
发电系统根据装机模式可分为集中式并网发电系统与分布式并网发电系统，当前
高速公路领域由于供电设施多呈线状分布、公共服务区多呈点状零散分布，因此
多采用分布式并网发电系统，在高速公路沿线以及服务区设计布置不同规格、不
同朝向的光伏阵列，通过光伏阵列将太阳能转变为电能，经单能逆变器汇流、多
台逆变器集中汇总，形成用电供给方式。

高速公路领域的分布式并网发电系统充
分利用高速公路的空间分布特性，以良好的土地利用效能以及相对低廉的发电系
统投运成本（无须蓄电池投资）为高速公路领域提供了经济、灵活、可靠、清洁
的电能供给模式。

2太阳能光伏发电系统设计原则
（1）本系统设计力求整体的可靠、安全，并且充分利用现有的屋顶或者地
下资源，尽可能减少对道路的行车安全造成影响，系统运行不能给周边及行车安
全带来安全，而且在施工过程中要保证绝对的安全。

同时，尽可能的减少运行中
的维修、维护和保养工作等。

（2）发电设备的建设尽可能的考虑美观大方，与
环境协调，在预安装的位置尽量提高光伏组件的利用效率和光照时长，最大限度
的利用太阳能，保证充电时长、电量的最大化供应。

（3）在太阳能光伏电站系
统的设计、设备选型方面，也要遵循如下原则：（a）整体可靠性高：设备储能
余量充分、系统配置先进、合理，设备、部件质量可靠；（b）通用性强：设备
选型互换性好，维修方便。

接口、软件、充电接口等配置兼容性好，便于管理、
后期维修及更换配件；（c）安全性好：着重解决防雷击、抗大风、防火、防爆、防触电和关键设备的防寒、防人为破坏等安全类问题；（d）可操作性高:自动化
程度高，能做到无人值守，设备免维护或少维护；（e）性能价格比高：在设备
选型和土建工程设计中，采用质量优、性能和性价比最优的设备，注重所选设备
的经济性和实用性，以节省项目费用，减少投资。

（4）重视环境保护和清洁生产，严格执行我国有关环保、工业卫生、节能、安全等有关部门的法规及规定。

3太阳能光伏发电系统在高速公路领域的应用探
3.1配备太阳能充电停车棚
太阳能充电停车棚是太阳能光伏发电系统在高速公路领域的重要应用场景，它充分利用太阳能形成电源，为电动汽车在高速公路上行驶提供能量支持。

太阳能充电停车棚的主要部件是光伏组件、逆变器，一般采用钢结构支架，简单、大方、时尚、美观，其实具有可靠性高、使用寿命长、对环境无污染、独立发电并网运行、清洁环保的新能源等特点。

车库的搭建方式有两种，一种是接线式，即与电网相连，不搭建自己的蓄电池，通过光伏发电给电动车充电，多余的电量返回电网;另一种模式是存储，由太阳能充电的停车棚产生的电力可以储存在电池中供以后使用。

考虑到布线成本是存储成本的1/2，太阳能充电停车棚可用于高速公路服务区。

3.2在高速公路隧道的应用
光伏发电系统一般由光伏列阵、直流汇流柜、继电保护装置、储能装置以及最大功率点跟踪装置等组成。

光伏系统中最基础的环节就是光伏列阵，光伏列阵将太阳能转化为电能，然后再通过电池单体根据电压电流的实际需求，将其串并联安装在支架上。

最大功率点跟踪装置能够保证电池列阵时刻保持最大的输出功率。

储能装置主要是对光伏系统中的电能进行调节和控制。

3.3在高速公路避险车道的应用
（1）太阳能电池组件太阳能电池组件拟采用单晶硅光伏组件，太阳能电池组件的作用是将太阳辐射能量直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用，它是太阳能供电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。

（2）充放电控制器。

充放电控制器在整个系统中扮演着系统管理和组织核心的角色。

在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;同时避免过充电和过放电现象的发生。

（3）逆变器。

根据用电负载的实际情况需要进行选配。

（4）蓄电池组。

采用铅钙锡多元合金，涂膏式极板，低至30%左右的活性物质利用率，其专用的高孔率、高湿弹性的超细玻璃纤维隔板，具有极群装配压力高的特性，所生产的电池具有寿命长、循环性能好、内阻低、大电流放电性能强等特点。

通过对外场监控设施的不断完善以及对集中监控方式的不断整合，可广泛应用于高速公路供电条件不良区域的避险车道中，不仅提高了高速公路管理者对避险车道的监控和信息管理，而且也为广大司
乘人员提供更加安全和完善的出行服务。

同时，也可利用5G通讯技术以及安装
现场的实际自然条件等因素，采用风光互补的方式将现代通讯与传统监控相结合。

结语
光伏发电具有低成本、节能环保、能源清洁可再生等优点，当前广泛应用于
学校、医院、企事业单位屋顶等方面。

高速公路空间分布的线状特征以及服务区
分布的分散性特点决定了高速公路领域应充分利用分布式太阳能光伏发电系统作
为供电方式，使高速公路正常通车与公共设施服务中各类设备设施用电可以不受
环境或灾害因素影响，抗破坏性更强。

尤其对途经偏僻山区的高速公路，太阳能
光伏发电系统的灵活布设与应用不仅可以使传统的发电模式不受地域影响，更好
地实现交通智能化，还能为沿路乡村提供电能。

参考文献
[1]谢维，蔡建羡，李立新，陈逊，于江，郭丽丽.光伏发电在高速公路中的
技术探析[J].石油化工自动化，2022，58（1）：90-92.
[2]交通运输部公路科学研究院.构建新型公路交通能源的互联网创新技术框
架[J].中国公路，2021（11）：19-20.
[3]李明霞.太阳能光伏发电系统在高速公路领域的应用探讨[J].科技创新与
应用，2020（31）：177-178+181.
[4]李靖博．路段监控设施在高速紧急避险车道的应用［J］．山西建筑，2021(15):165-166．。