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[摘 要]高速公路建设中的外场设备的传统供电方式是有线电缆，有着布线麻烦、维护困难、容易受到自然气候的影响等问题，同时也很容易造成对环境的污染。此时的太阳能供电成为了一个最优的选择。对高速公路外场设备太阳能供电系统进行探讨。
[关键词]外场设备 高速公路 太阳能 供电系统
中图分类号：TK5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0510076－01
随着我国大力建设生态高速公路及绿色公路的要求，太阳能供电成为了一个最优的选择。高速公路建设中的外场设备的传统供电方式是有线电缆，有着布线麻烦、维护困难、容易受到自然气候的影响等问题，同时也很容易造成对环境的污染。利用太阳能对高速公路的外场设备进行供电，在保障了供电的可靠、正常地运行，同时也是响应了我国建设环保节能型社会的号召。
一、太阳能供电系统的工作原理
太阳能发电是指利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，将太阳光能转变为电能的发电方式。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流-交流逆变器等部分组成。太阳能供电系统的工作原理是太阳电池组件将太阳的光能转化为电能。太阳能充放电控制作为中心控制设备，一方面将太阳电池组件转化的电能存储在蓄电池组里，一方面控制蓄电池组对负载供电。如果用电设备中有交流设备，通过逆变器将直流电逆变成文流电即可向文流设备提供电源。
二、外场设备太阳能发电系统设计的基本思想
（一）强化可靠性设计，以保证供电系统建设的运行质量
要正确处理技术设计的先进性和实用性之间的关系。各部分设计都从高速公路的地理位置和自然条件出发，着眼于其困难的交通能力和通讯状况，始终把可靠性放在第一位，选择最成熟、最有把握的技术路线。在采用具有试验研究意义的先进技术的同时，有成熟的常规技术做后盾，有后备的应急线路设计，各部分设计均留有充分的余量，有防护性互锁及多种保护措施，使设备在任何情况下都不会出现恶性事故，以保证供电系统的正常运行。
（二）以发展的眼光，作长远的计划
在设计时即充分考虑到将来供电系统扩容的需要。在线路设计、设备容量和工程施工等方面，尽可能按扩容的情况考虑设计，做到一次设计、一次施工，尽量减少将来扩容时的工作量，降低扩容费用。
（三）由于工程经费的原因，限制了供电系统的容量规模，增加了技术设计的难度
因此，在总体设计中要认真考虑提高系统效率的问题，以降低系统造价。根据当地实际情况，充分利用已有的基础和条件，作实事求是的设计考虑，力求取得最大的技术经济效益。
三、太阳能电池供电系统设计的总原则
太阳能电池供电系统设计的总原则是：在保证满足负载供电需要的前提下，确定使用最少的太阳能电池组件功率扣蓄电池容量．以尽量减少初始投资。系统设计者应当知道，在供电系统设计过程中做出的每个决定都会影响造价；由于不适当的选样，可轻易地使系统的投资成倍地增加，而且未必见得就能满足使用要求。在决定要建立一个独立的太阳能供电系统之后，可按下述步骤进行设计：计算负载、确定蓄电池容量、确定太阳能电池方阵容量、选择控制器和逆变器、考虑混合发电的问题等。
四、太阳供能电系统的设计
太阳供能电系统的设计分为软件设计和硬件设计。软件设计包拈：太阳能电池方阵面辐射量的计算、负载用电量的计算、太阳能电池、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计、太阳能电池方阵安装倾角的计算、系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等；硬件设计包括：太阳能电池和蓄电池的选型、负载的选型及必要的设计、逆变器的选型和设计、太阳能电池支架的设计、以及控制、测量系统的选型和设计。由于软件设计牵涉到复杂的太阳辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成的。
（一）负载计算
对于负载的计算，是独立光伏供电系统设计和定价的关键因素之一。通常列出所有负载的名称、功率要求、额定工作电压和每天用电时间。对于交流和直流负载都要同样列出，功率因数在交流功率计算中不要考虑。然后，将负载分类和按工作电压分组，计算每一组的总的功率要求。接着，选定系统工作电压，计算出所有负载的每天平均耗电量之和。关于系统工作电压的选择．经常是选最大功率负载所要求的电压。
（二）蓄电池容量的确定
系统中蓄电池容量最佳值的确定。必须综合考虑太阳能电池方阵电量．负荷容量及逆变器的效率等。蓄电池容量的计算方法有多种，一般可通过公式算出。
（三）方阵设置
只要根据算出的蓄电池容量，太阳能电池方阵的电流、电压及功率，参照厂商提供的蓄电池和太阳能电池组件性能参数，就可以选取合适的组件型号和规格了。由此并可以很容易地确定构成方阵的组件的串联数和并联数。
（四）逆变器的选择
逆变器的选择，首先考虑的是它要有足够的额定容量，以满足最大负荷下设备对电功率的需求。当逆变器以多个设备为负载时，逆变器容量的选取就要考虑几个用电设备同时工作的可能性。其次要求逆变器具有较高的电压稳定性。在太阳能供电系统中均以蓄电池为储能设备，蓄电池端电压的起伏可达标称电压的百分之三十左右。这就要求逆变器具有较好的调压性能，以保证太阳能供电系统用稳定的交流电压供电。
（五）良好的过电流保护与短路保护功能
太阳能供电系统在正常运行过程中，可能出现因人员误操作、负载故障及外界干扰等原因而引起的供电系统过流或短路。因为逆变器对外电路的过电流及短路现象最为敏感，是太阳能供电系统中的薄弱环节。所以，在选用逆变器时，必须要求它对过电流及短路有良好的自我保护功能，这是目前提高太阳能供电系统可靠性的关键所在。
参考文献：
[1]国家经贸委，2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点[Z].
[2]郭廷玮，太阳能的利用和前景.北京：科学出版社.1984.
[3]李安定等，太阳能应用，北京：人民教育出版社.1995.
[4]王长贵、王斯成，太阳能光伏发电使用技术[J] .北京:化学工业出版社，2005.
[5]沈辉、曾祖勤，可再生能源丛书-太阳能光伏发电技术）[M].北京化学工业出版社，2005.
[关键词]外场设备 高速公路 太阳能 供电系统
中图分类号：TK5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0510076－01
随着我国大力建设生态高速公路及绿色公路的要求，太阳能供电成为了一个最优的选择。高速公路建设中的外场设备的传统供电方式是有线电缆，有着布线麻烦、维护困难、容易受到自然气候的影响等问题，同时也很容易造成对环境的污染。利用太阳能对高速公路的外场设备进行供电，在保障了供电的可靠、正常地运行，同时也是响应了我国建设环保节能型社会的号召。
一、太阳能供电系统的工作原理
太阳能发电是指利用太阳能电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，将太阳光能转变为电能的发电方式。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流-交流逆变器等部分组成。太阳能供电系统的工作原理是太阳电池组件将太阳的光能转化为电能。太阳能充放电控制作为中心控制设备，一方面将太阳电池组件转化的电能存储在蓄电池组里，一方面控制蓄电池组对负载供电。如果用电设备中有交流设备，通过逆变器将直流电逆变成文流电即可向文流设备提供电源。
二、外场设备太阳能发电系统设计的基本思想
（一）强化可靠性设计，以保证供电系统建设的运行质量
要正确处理技术设计的先进性和实用性之间的关系。各部分设计都从高速公路的地理位置和自然条件出发，着眼于其困难的交通能力和通讯状况，始终把可靠性放在第一位，选择最成熟、最有把握的技术路线。在采用具有试验研究意义的先进技术的同时，有成熟的常规技术做后盾，有后备的应急线路设计，各部分设计均留有充分的余量，有防护性互锁及多种保护措施，使设备在任何情况下都不会出现恶性事故，以保证供电系统的正常运行。
（二）以发展的眼光，作长远的计划
在设计时即充分考虑到将来供电系统扩容的需要。在线路设计、设备容量和工程施工等方面，尽可能按扩容的情况考虑设计，做到一次设计、一次施工，尽量减少将来扩容时的工作量，降低扩容费用。
（三）由于工程经费的原因，限制了供电系统的容量规模，增加了技术设计的难度
因此，在总体设计中要认真考虑提高系统效率的问题，以降低系统造价。根据当地实际情况，充分利用已有的基础和条件，作实事求是的设计考虑，力求取得最大的技术经济效益。
三、太阳能电池供电系统设计的总原则
太阳能电池供电系统设计的总原则是：在保证满足负载供电需要的前提下，确定使用最少的太阳能电池组件功率扣蓄电池容量．以尽量减少初始投资。系统设计者应当知道，在供电系统设计过程中做出的每个决定都会影响造价；由于不适当的选样，可轻易地使系统的投资成倍地增加，而且未必见得就能满足使用要求。在决定要建立一个独立的太阳能供电系统之后，可按下述步骤进行设计：计算负载、确定蓄电池容量、确定太阳能电池方阵容量、选择控制器和逆变器、考虑混合发电的问题等。
四、太阳供能电系统的设计
太阳供能电系统的设计分为软件设计和硬件设计。软件设计包拈：太阳能电池方阵面辐射量的计算、负载用电量的计算、太阳能电池、蓄电池用量的计算和二者之间相互匹配的优化设计、太阳能电池方阵安装倾角的计算、系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等；硬件设计包括：太阳能电池和蓄电池的选型、负载的选型及必要的设计、逆变器的选型和设计、太阳能电池支架的设计、以及控制、测量系统的选型和设计。由于软件设计牵涉到复杂的太阳辐射量、安装倾角以及系统优化的设计计算，一般是由计算机来完成的。
（一）负载计算
对于负载的计算，是独立光伏供电系统设计和定价的关键因素之一。通常列出所有负载的名称、功率要求、额定工作电压和每天用电时间。对于交流和直流负载都要同样列出，功率因数在交流功率计算中不要考虑。然后，将负载分类和按工作电压分组，计算每一组的总的功率要求。接着，选定系统工作电压，计算出所有负载的每天平均耗电量之和。关于系统工作电压的选择．经常是选最大功率负载所要求的电压。
（二）蓄电池容量的确定
系统中蓄电池容量最佳值的确定。必须综合考虑太阳能电池方阵电量．负荷容量及逆变器的效率等。蓄电池容量的计算方法有多种，一般可通过公式算出。
（三）方阵设置
只要根据算出的蓄电池容量，太阳能电池方阵的电流、电压及功率，参照厂商提供的蓄电池和太阳能电池组件性能参数，就可以选取合适的组件型号和规格了。由此并可以很容易地确定构成方阵的组件的串联数和并联数。
（四）逆变器的选择
逆变器的选择，首先考虑的是它要有足够的额定容量，以满足最大负荷下设备对电功率的需求。当逆变器以多个设备为负载时，逆变器容量的选取就要考虑几个用电设备同时工作的可能性。其次要求逆变器具有较高的电压稳定性。在太阳能供电系统中均以蓄电池为储能设备，蓄电池端电压的起伏可达标称电压的百分之三十左右。这就要求逆变器具有较好的调压性能，以保证太阳能供电系统用稳定的交流电压供电。
（五）良好的过电流保护与短路保护功能
太阳能供电系统在正常运行过程中，可能出现因人员误操作、负载故障及外界干扰等原因而引起的供电系统过流或短路。因为逆变器对外电路的过电流及短路现象最为敏感，是太阳能供电系统中的薄弱环节。所以，在选用逆变器时，必须要求它对过电流及短路有良好的自我保护功能，这是目前提高太阳能供电系统可靠性的关键所在。
参考文献：
[1]国家经贸委，2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点[Z].
[2]郭廷玮，太阳能的利用和前景.北京：科学出版社.1984.
[3]李安定等，太阳能应用，北京：人民教育出版社.1995.
[4]王长贵、王斯成，太阳能光伏发电使用技术[J] .北京:化学工业出版社，2005.
[5]沈辉、曾祖勤，可再生能源丛书-太阳能光伏发电技术）[M].北京化学工业出版社，2005.