城市軌道交通近年來(lái)在國(guó)內(nèi)大中城市普遍發(fā)展，全國(guó)目前已有十八座城市建成運(yùn)營(yíng)線路，并有多個(gè)城市已開(kāi)工或規(guī)劃建設(shè)，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，未來(lái)幾年將是城市軌道交通發(fā)展建設(shè)的高峰期。

　　如何將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和城市軌道交通建設(shè)結(jié)合起來(lái)，利用太陽(yáng)能向城市軌道交通工程提供電源，不僅在節(jié)約能源方面意義重大，更對(duì)指導(dǎo)新建軌道交通工程具有重要參考意義。

　　4.光伏發(fā)電系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)分獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前常見(jiàn)和應(yīng)用較多的是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要是邊遠(yuǎn)地區(qū)送電困難且用電需求并不是特別高的負(fù)荷，如西藏、甘肅、新疆等地區(qū)的一些家庭照明及家用電器負(fù)荷。

　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)目前投入應(yīng)用的有國(guó)家體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、深圳園博會(huì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，鐵路上海虹橋火車(chē)站、天津西站、南京南站等并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的這些工程案例為軌道交通的應(yīng)用提供了很好的借鑒。

　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有3種，分別為有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)、無(wú)逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)、切換型并網(wǎng)系統(tǒng)。

　?。?）有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不僅能夠向負(fù)載提供電能，還能將富裕的電能輸向電網(wǎng)，且光伏系統(tǒng)電源不足時(shí)，可直接從電力系統(tǒng)獲得電能。該類(lèi)發(fā)電系統(tǒng)主要用于光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量大，剩余電能較多的場(chǎng)所，該種系統(tǒng)能效比較高，國(guó)內(nèi)外采用的大部分光伏發(fā)電系統(tǒng)就是這種有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（圖1）。

　?。?）無(wú)逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)只向負(fù)載供電，富裕電能不能輸向電網(wǎng)，當(dāng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)不能滿(mǎn)足負(fù)載用電需求時(shí)，則從電力系統(tǒng)電網(wǎng)獲得電能以滿(mǎn)足負(fù)載要求。該種系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的計(jì)算精確度要求較高，否則產(chǎn)生的電能既不能儲(chǔ)存也不能輸入電網(wǎng)，不僅不利于設(shè)備運(yùn)行，還是一種能源浪費(fèi)（圖2）。

　　（3）切換型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是增加了蓄電池儲(chǔ)能裝置，正常情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)直接向負(fù)載供電，當(dāng)日照或連續(xù)陰雨天時(shí)，由切換器直接切換至電力系統(tǒng)電源向負(fù)載供電，儲(chǔ)能裝置進(jìn)行光伏電源儲(chǔ)能。該種系統(tǒng)主要應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)容量較小、負(fù)載容量及蓄電池容量較小的系統(tǒng)（圖3）。

　　隨著光伏發(fā)電技術(shù)的日趨成熟和穩(wěn)定，今后光伏發(fā)電系統(tǒng)會(huì)在各類(lèi)工程中應(yīng)用，城市軌道交通工程的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越普及，范圍也會(huì)越來(lái)越廣泛。

　　5.光伏發(fā)電系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用方案

　　5.1高架車(chē)站應(yīng)用方案

　　高架車(chē)站一般分2層，站廳層為地上一層，站臺(tái)層為地上2層，部分車(chē)站還有3層或單獨(dú)的設(shè)備層，主要是一些較大的換乘站，整體建筑面積在5000～6500m2不等。由于站廳層、設(shè)備層均與太陽(yáng)光照不接觸，所以該部分面積不能作為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效利用面積，只有車(chē)站屋頂及周?chē)膰鷫煽紤]使用，這部分面積一般在1000～1500m2左右。

　　考慮車(chē)站的位置，太陽(yáng)光照射方向以及所處地區(qū)，能有效利用的面積也就在800～1200m2之間。以245Wp的多晶電池板和1000m2有效面積并結(jié)合上海地區(qū)太陽(yáng)光年輻射量計(jì)算，每年的發(fā)電量為W=面積×Σ(月平均日輻照量×當(dāng)月天數(shù))×功率輸出因數(shù)=1000×5550.1×0.66=3663066（MJ）=1025658.48（kW·h）即平均每天可輸出電能約2810kW.h，這些電能完全能夠滿(mǎn)足高架車(chē)站的照明及三級(jí)負(fù)荷用電。

　　高架車(chē)站因考慮到白天還需將太陽(yáng)光引入建筑內(nèi)進(jìn)行自然光照明，故利用車(chē)站四周墻面的面積不多，最合適的還是利用車(chē)站屋頂放置太陽(yáng)能電池板，在設(shè)備房間內(nèi)設(shè)置蓄電池儲(chǔ)能裝置，將整體光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)成切換型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)比較理想，電力系統(tǒng)作為光伏電源系統(tǒng)的補(bǔ)充和備用，在負(fù)載進(jìn)線處設(shè)置電源切換裝置，不僅能夠達(dá)到利用光伏電源節(jié)能的目的，還能保證供電的可靠性。

　　5.2車(chē)輛段停車(chē)場(chǎng)應(yīng)用方案

　　車(chē)輛段停車(chē)場(chǎng)主要建筑是列檢庫(kù)、運(yùn)用庫(kù)、物資庫(kù)、綜合辦公樓等，這些建筑普遍面積大、屋頂開(kāi)闊，非常適合設(shè)置太陽(yáng)能電池板。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一座車(chē)輛段或停車(chē)場(chǎng)的占地面積在15萬(wàn)～25萬(wàn)m2左右，能有效利用太陽(yáng)能發(fā)電的建筑屋頂面積在6萬(wàn)～10萬(wàn)m2左右。這么大的有效面積可完全參照鐵路火車(chē)站的模式設(shè)置成有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅向車(chē)輛段停車(chē)場(chǎng)內(nèi)用電負(fù)荷供電，還可將富裕能量完全輸入軌道交通供電系統(tǒng)中壓電網(wǎng)，向其他負(fù)荷提供光伏電源。

　　此外，車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)內(nèi)道路較多，道路照明一般采用燈桿照明，該部分燈桿照明完全可采用獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)的燈桿照明，燈桿和太陽(yáng)能電池板、逆變器、蓄電池等整體設(shè)計(jì)，并設(shè)置時(shí)間或亮度控制模式，根據(jù)需要完成燈桿的照明。目前市政工程已普遍采用該種照明方案，軌道交通工程中北京地鐵15號(hào)線馬泉營(yíng)車(chē)輛段室外路燈已采用該方案，目前已成功運(yùn)行，效果良好。

　　5.3高架區(qū)間應(yīng)用方案

　　軌道交通線路在市區(qū)內(nèi)一般為地下走線，在郊區(qū)及進(jìn)出車(chē)場(chǎng)的區(qū)段為地面及高架走線。地面及高架區(qū)間內(nèi)一般主要有區(qū)間照明和區(qū)間檢修負(fù)荷，這2種負(fù)荷均在線路故障或者平時(shí)檢修時(shí)使用，負(fù)荷容量不大。對(duì)于高架區(qū)間照明負(fù)荷，完全可采用燈具和光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)合的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，燈具各自獨(dú)立成一套系統(tǒng)，互不影響。

　　對(duì)于采用三軌供電的線路，完全可以將燈具、電池板安裝在高架橋梁梁翼上方頂部，對(duì)于采用架空接觸網(wǎng)供電的線路，燈具、太陽(yáng)能電池板等均可結(jié)合接觸網(wǎng)支柱一體安裝，即方便安裝又充分利用了接觸網(wǎng)支柱。

　　另外，由于高架區(qū)間梁翼外側(cè)面積寬闊，如圖4所示，且基本垂直地面，完全可以懸掛太陽(yáng)能電池板。因此，利用該部分空間設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)也值得研究和探討。

　　5.4地下站出入口集散廣場(chǎng)應(yīng)用方案

　　軌道交通地下站出入口一般包括地面廳室外建筑、室外集散廣場(chǎng)，部分車(chē)站有自行車(chē)停車(chē)場(chǎng)及汽車(chē)停車(chē)位。出入口主要用電負(fù)荷是地面廳照明、軌道交通地徽導(dǎo)向照明、自行車(chē)停車(chē)場(chǎng)及汽車(chē)停車(chē)位照明。上述照明均為一般負(fù)荷，完全可由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供電源。利用地面廳建筑頂部設(shè)置太陽(yáng)能電池板，采用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向地面廳照明及地徽進(jìn)行供電；集散廣場(chǎng)、自行車(chē)停車(chē)場(chǎng)及汽車(chē)停車(chē)位可完全采用設(shè)置光伏電源照明燈桿的模式，由光伏電源燈桿向上述場(chǎng)所提供電能。

　　6.結(jié)語(yǔ)

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)飛速發(fā)展，并已經(jīng)形成了研發(fā)、生產(chǎn)、加工和集散的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，并有多家知名企業(yè)上市。光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的日趨先進(jìn)和發(fā)展為其在國(guó)內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　軌道交通近年來(lái)也迅速發(fā)展，與以往工程相比，未來(lái)項(xiàng)目更注重節(jié)能減排和降耗，利用新技術(shù)新能源是重點(diǎn)研究與發(fā)展的目標(biāo)。將光伏發(fā)電系統(tǒng)與軌道交通工程結(jié)合起來(lái)，在新技術(shù)應(yīng)用、建筑設(shè)計(jì)、控制保護(hù)技術(shù)方面有重大意義，更重要的是能夠節(jié)約能源，減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境，值得推廣應(yīng)用。