光伏发电在高速公路中的技术探析

光伏发电在高速公路中的技术探析

张帅

（国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司，青海 西宁  810000 ）

摘要：为进一步实现碳达峰和碳中和目标，减少能源的消耗，在交通工程建设过程中应更加注重对太阳能资源的利用，从而满足高速公路的基本用电需求，进而为高速公路运营创造更好的经济效益。这种情况下，对光伏发电技术提出了更为严格的要求，需要根据高速公路的用电需求和应用场景来及时地优化和调整技术的应用要点。基于此，文章将从光伏发电技术的基本概念着手，深入探究光伏发电技术在高速公路中的应用策略。

关键词：光伏发电；高速公路；技术

引言

高速公路作为交通建设结构的重要组成部分，在经济和能源开发的发展过程中，建设标准和建设要求也与时俱进，更加突出公路的标准化和绿色化，实现生态公路的建设目标。但是，绿色化高速公路建设过程中，设备的安装和使用进一步增大了高速公路的用电需求，需要去完善高速公路的发电系统，从而保障能源的供给。从这个角度来看，光伏发电技术在高速公路中的应用具有现实意义。

1光伏发电技术的基本情况

1.1光伏发电技术的原理

光伏发电技术本质上就是太阳能的利用，通过太阳能电池实现太阳能与电能之间的转换，在一定程度上缓解不可再生能源的使用局限性和约束性，同时在环保和开发价值方面也具有明显的优势，属于现代化的可再生能源开发技术。基于此，各个领域对光伏发电技术进行深入地研究，构建了以太阳能电池、蓄电池、控制器与逆变速器为主要结构的发电系统，目前光伏发电技术太阳能转化率已经能够基本满足实际需求，发电系统寿命可以达到25年，实现了生态与发展的兼顾。

1.2光伏发电系统的类别

现阶段的光伏发电技术根据发电的系统原理和基本结构可以独立发电系统和并网发电系统两大类。首先，独立发电系统在结构上相对简单，主要包括了光伏发电组件和蓄电池以及控制器，因此，独立发电系统在供电要求上也比较严格需要通过交流变逆器才能完成交流负载的供电。其次，并网发电系统在供电方面能够满足大多数情况下的供电需求，功能性和适应性都更加优秀，使用较为广泛。而且，并网发电系统中又包括了分布式光伏发电系统，采用太阳电池方阵的方式实现最大程度的交流电供应，即使在供电中出现电能不足的情况也能灵活进行调整和优化。

1.3光伏发电的安装原则

光伏发电技术在高速公路上的应用需要根据高速公路的实际情况进行安装，从而充分发挥太阳能的能源优势和技术特征。第一，要充分考虑高速公路的运营安全性，在应用光伏发电的时候注意防雷击装置的配套，避免出现金属暴露的问题，从而保证光伏发电的安全性。同时，在光伏发电机组材料的选购上，要根据能源的转化率需求和光伏发电机组组件的情况选择合适的材料。第二，光伏发电在高速公路中的应用主要涉及收费站和屋顶，以及棚顶等相关设施，因此，要保证整体的协调性和美观性。第三，在使用光伏发电技术之前要做好前期调查工作，对光伏设备的安装位置和安装方法进行科学合理地选择，避免在使用过程中出现局部电阻增大和设备烧坏的情况。

2光伏发电技术在高速公路中的应用情况

光伏发电技术在高速公路中的应用是非常广泛的，涉及到屋顶、车棚顶以及收费站雨棚顶部和绿化带及隧道口空地等。首先，在屋顶应用的时候要选择在空闲的区域安装，避免影响到屋顶的正常使用，并保持屋顶整体的美观性。并且，在屋顶设置光伏发电技术设备能够在最大程度上收集和利用太阳能。其次，车棚顶是光伏发电技术应用的关键部分，能够为光伏发电提供更有效的位置。再次，收费站雨棚顶部也可用于光伏发电设备的安装，虽然有利于后期的维护，但是在造型的设计上受到一定的限制。最后，在绿化带及隧道口空地应用过程中，遇到设有绿化带的情况要避免光伏发电设备的安装，避免破坏高速公路的美观。因此，要充分地利用隧道前后的边坡和分离式路基空地等场所。

3光伏发电技术在高速公路中的应用策略

3.1隧道照明系统中的应用

隧道中主要涉及到照明系统的应用，一旦隧道照明系统的用电需求无法保证，将会直接影响到高速公路的行车安全，因此，要确保高速公路隧道照明系统的24小时用电需求。这种情况下，隧道照明系统对电能的需求将保持较高的状态，对发电系统的要求也更为严格，通过光伏发电技术的应用，能够把太阳能有效地转化为电能，从而避免直接电能的消耗，实现高速公路的绿色发展。

3.2监控高速公路监控系统中的应用

为了充分地保证高速公路的行车安全，在高速公路中对监控系统的使用更为频繁，涉及到交通车流的管理和交通路况的管理，因此，需要面对的情况和条件更为复杂。基于此，监控系统的现代化信息技术和传感技术，以及监控技术等更为先进，同时对电能的消耗也更大。从实际的应用情况来看，高速公路的监控系统每隔两公里就要设置一台，保证必要的监控需求。遇到事故多发路段，监控的数量还会增加，电能的消耗也随之增加。通过光伏发电技术的应用，使得监控系统的电能消耗完全来源于太阳能转化，从而保障监控系统的用电需求。

3.3光伏发电技术在高速公路中的应用要点

高速公路对光伏发电技术应用过程中，首先要保证供电系统的稳定性。太阳能会根据区域位置的变化而发生变化，同时也会因为季节的变化而变化，因此，在设计光伏发电系统的时候要充分考虑这些因素，从而最大程度上降低外界环境对光伏发电的影响。以青海地区为例，太阳光照比较强，但是风比较大，因此，在利用太阳能的时候要及时地关注到风能的价值，在一定程度上缓解太阳能的不足，保证供电的正常秩序，为高速公路的安全运行奠定良好基础。

其次，要时刻关注光伏发电组件中蓄电池的性能和蓄电池效率。光伏发电组件在高速公路的使用中环境较为恶劣，需要长期暴露在自然环境下，尤其是极端天气和连续的雨雪都会影响到蓄电池的性能，从而对光伏发电的效率产生影响，进而影响到高速公路的整体用电系统。

再次，高速公路在光伏发电技术的使用中会涉及到光伏路面的使用，因此，在路面设计的过程中要充分考虑高速公路对路面的运行需求和太阳能的转化需求，最大程度上保证路面的强度和稳定性，在为高速公路提供用电需求的同时，满足日常的路面使用需求。

最后，高速公路中隧道洞口场地对光伏发电的使用更为特殊。隧道洞口的地形和面积与其他位置相比具有明显的特殊性，会直接影响到光伏发电系统功能的发挥。在实际使用过程中要提前勘察隧道洞口的实际情况，对发电系统的布置进行优化。一般情况下，可以选择把光伏发电系统布置在遮挡相对减少的隧道口，并且借助遮阳棚的来调整隧道洞口内外的光差，既能有效地节约电能，也能借助遮阳棚为光伏发电系统的设置提供有利的位置。

3.4项目应用案例

以本工程项目为例，位于青藏高原东北部，东西长约 1200km，南北宽 800km，面积为 72 万 km2。与甘肃、四川、西藏、新疆毗邻，是联结西藏、新疆与内地的纽带。全省地貌复杂多样，五分之四以上的地区为高原。东部多山，海拔较低，西部为高原和盆地。全省平均海拔高度 3000m 以上。项目一期以海东为中心，选取车流量大的乐都、马场垣、群科服务区，西宁湟源服务区，海西查干格勒服务区，并选择了用电量大、车流量大，人员长期驻扎的茶卡收费站、养护大队，德令哈西收费站、养护大队。根据不同服务区、收费站养护大队的条件、需求配置光伏、声屏障、空气能热泵、充电桩等。拟在场区内实现能源智能化分配，以达到节能减排、节省服务区用电费用，在海东西宁高速路网内，实现电动车绿色出行，在二百公里左右布置充电桩，可基本满足电动车出行的充电。

同时，光伏发电技术的应用要根据工程实际情况，以本工程光伏发电技术使用为例，光伏发电场区分为七个场区，即乐都服务区、马场垣服务区、群科服务区、湟源（日月山）服务区、查干格勒服务区、茶卡养护大队以及德令哈，以场区负荷为准，均按交直流容配比1.4配备分布式光伏，部分场区考虑实际的屋顶面积，并未按负荷的交直流容配比1.4配备光伏。项目实施过程中考虑道路方位、车流量等因素，选取乐都服务区、马场垣服务区等适宜场区，于进出服务区的匝道处安装光伏声屏障。既可降低环境噪音，还可以起到广告宣传的作用。在本项目中，考虑到乐都服务区、马场垣服务区已安装的充电桩，选取群科、湟源服务区，可在西宁海东地区实现“新能源汽车畅行高速，出行无忧”。本项目对部分场区的供暖根据可配置的光伏容量，进行改造，大致分为部分替代和全部替代两种。

4光伏发电技术在高速公路应用中的注意要点

光伏发电技术在高速公路使用过程中会遇到各种各样的影响，因此，要根据路况和使用条件及时地采取措施，有效地消除各种外界因素，保证正常的光伏供电。一方面，要及时消除灰尘对光伏发电的影响。在使用过程中，光伏发电系统经常会受到遮挡物的影响，出现热斑效应，造成光伏发电系统的部分组件温度升高，最终造成对光伏发电系统的破坏。针对这样的情况，技术人员要根据天气情况和交通通行情况都光伏发电板的遮挡物及时清除。同时，技术人员要加强对光伏发电组件的研究，不断提升光伏发电组件对温度的承受限度。此外，在光伏发电组件安装过程中，始终保持一定的角度，使得灰尘能够自行掉落，降低遮挡物的形成概率。另一方面，高速公路的发电系统经常会出现断电的情况，由于光伏发电系统无法自行脱离电网，因此会产生供电孤岛，对整个电路系统的稳定性产生影响，甚至会影响配电系统的保护开关动作，从而导致单相供电与三相负载欠相供电问题，极端情况下会造成光伏发电系统的损坏。针对这种情况，光伏发电技术人员要对孤岛问题产生的原因进行分析，从而完善供电的防护技术，提升供电系统的安全性和稳定性，从而更好地应对孤岛问题。

结语

总而言之，光伏发电技术在高速公路上的应用是生态理念下的重要举措，能够有效地实现能源的节约和环境的保护，因此，建设单位要引起足够的重视，进一步提升太阳能的利用效率，增加高速公路的经济效益，为高速公路供电系统的发展提供良好技术支撑。

参考文献：

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[4]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.

作者简介：张帅（1989.05—），男，汉，山东济宁，本科，助理工程师，主要研究方向：光伏设计、研发。