广州地铁集团有限公司 广东省广州市 510000
摘要：本文对光伏发电技术在地铁高架车站的应用进行了分析。采用光伏发电技术不仅可以减少地铁对市网电能的需求，同时能够达到节能减排的目标，实现了光伏与建筑的完美结合。
关键词：广州地铁 光伏发电 高架车站
太阳能是资源丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜能。充分利用太阳能有利于保持人和自然的和谐及能源与环境的协调发展。利用光伏发电技术为地铁高架车站提供电能，不仅可以减少地铁对市网电能的需求，节约运营成本；同时还可积极响应国家节能减排政策，有效推动我国可再生能源的发展。
广州地铁十四号线一期（嘉禾望岗-东风）呈南北走向，南起白云区嘉禾望岗站，止于从化区东风站。线路全长54.4公里，其中地下线路21.8公里，高架线路32.6公里，设13座车站，其中地下站6座，高架站7座，换乘站2座。高架车站中钟落潭和新和具备设置太阳能光伏发电系统的条件。
地铁运营时间长，光伏发电系统能够得到充分的利用，产生的电能可以用来供高架车站的照明和动力设备使用，本文主要介绍广州地铁十四号线钟落潭站光伏发电系统。
一、光伏发电系统基本条件
1.1地理气象条件：
广州位于东经112度57分至114度3分，北纬22度26分至23度56分。市中心位于北纬23度06分32秒，东经113度15分53秒。广州地处中国南部、广东省中南部、珠江三角洲中北缘，是西江、北江、东江三江汇合处，濒临中国南海，东连博罗、龙门两县，西邻三水、南海和顺德，北靠清远市区和佛冈县及新丰县，南接东莞市和中山市，隔海与香港、澳门相望，是海上丝绸之路的起点之一，中国的“南大门”。
1.2、气候条件：
广州地处亚热带沿海，北回归线从中南部穿过，属海洋性亚热带季风气候，以温暖多雨、光热充足、夏季长、霜期短为特征。全年平均气温21.9为摄氏度，是中国年平均温差最小的大城市之一。一年中最热的月份是7月，月平均气温达28.7℃。最冷月为1月份，月平均气温为13.5℃。平均相对湿度77%，年降雨量约为1736毫米。全年中，4至6月为雨季，7至9月天气炎热，多台风，10月、11月、和3月气温适中，12至2月为阴凉的冬季。全年水热同期，雨量充沛，利于植物生长，为四季常绿、花团锦簇的“花城”。
1.3、日照时间：年平均日照时间为1608小时。
二、光伏发电系统原理及设备组成
1．系统原理
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。
光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。。
2． 设备组成
广州地铁十四号线钟落潭站光伏发电总装机容量均为 208kWp。光伏发电主要包括多晶硅组件800块，逆变器6台，交流汇流箱2台，并网柜2台。电站采用微机监控装置，可以实现本地监控及数据采集。光伏电站监控系统可以实现对组串式逆变器、气象数据监控，通过设在低压配电室内的监控柜实现远程监视。站内配置一套220V UPS系统供监控使用。自2019年2月建成投运。
三、光伏发电系统运行分析
3.1 经济效益分析
表1所示为钟落潭站分布式光伏发电系统的发电情况，2020年1月发电量最低为12139kWh，2019年9月发电量最高为26551 kWh，光伏发电系统月度平均发电量18031 kWh。
表1 光伏发电系统月度发电量情况表
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图1 光伏发电系统月度发电量情况柱形图
数据统计结果表明，钟落潭站光伏发电系统年发电量228886 kWh，平均电网电价按照0.8元/ kWh，一年节约电费18.3万元，按当时系统投资计算，项目年投资收益率达到了7.4%；电站运行１年内未出现过故障，实现了安全、稳定运行。
3.2 节能减排效益
广州地铁钟落潭200kW分布式光伏电站装机容量199.68kW，该项目的建设将在节省燃煤上，起到积极的示范作用。按每度按每度电平均消耗标煤305克的标准计算，年平均发电量约17.6万kWh，与相同发电量的火电厂相比，每年节省标煤约53.8吨，每年减少排放温室效应性气体CO2（二氧化碳）143.8吨，减少排放大气污染气体SO2（二氧化硫）1.1吨，，减少排放大气污染气体NOx（氮氧化物）0.36吨。
四、结语
本文针对广州地铁十四号线钟落潭站光伏发电系统，并对光伏发电系统的发电量、节能减排进行了分析。地铁与光伏发电相结合，不仅响应国家节能减排号召，也是降低城市轨道交通运营成本的需要，同时起到了节能示范效果。利用地铁车站屋面建设小型分布式太阳能光伏发电站具有多重效益和功能，值得在城市轨道交通推广应用。
参考文献：
[1]吴志峰等.光伏发电系统智能监管平台技术，电源技术第43卷，第3期，2019．
[2]杨金焕，于化丛，葛亮.太阳能光伏发电应用技术（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2009．
[3]周超.地铁高架车站太阳能光伏发电系统设计[J].北京：都市快轨交通，2014.
（作者单位：广州地铁集团有限公司运营事业总部，广州511400）