【摘要】近些年来，在我国经济不断发展的带动下，光伏发电工程也迅速地得到了发展。太阳能光伏发电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳能光伏电池组件产生的电能通过控制器给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电。如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏发电系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。光伏发电系统的应用具有多种形式，并网光伏发电站、离网光伏发电站是两种主要的形式，但是其基本原理大同小异。对于其他类型的光伏系统只是在控制机理和系统部件上根据实际的需要有所不同。铁路沿线的光伏发电工程也成为新基建的重点发展方向，确保安全运营条件下，建设经济、环保、实用的光伏发电系统。
【关键词】光伏发电；铁路沿线；逆变器；新基建
1.铁路光伏发电建设及应用
铁路可用于光伏发电的场景包括：铁路车站的房屋及风雨棚，铁路附属设施的建筑物及设施，铁路轨道，铁路客车车体，铁路沿线的红线范围内的地面。
目前高速铁路在设计之初就贯彻节能环保理念，高铁车站广泛应用光伏发电、地源热泵、风冷热泵及水冷螺杆冷水机组、绿色照明、三联供系统等节能减排新技术、新工艺、新材料及新设备，进一步提高了节能减排效。
目前国内铁路在车站房屋及风雨棚，铁路附属设施货场建筑物、附属设施、空余场地地面均有应用。其中在铁路车站、风雨棚及附属房屋应用广泛，目前已有数十个车站实施了光伏发电项目。早在2009年12月武汉高铁火车站在车站建筑屋面和风雨棚上，建成了光伏面积1.52万m2、装机容量2.2MWp光伏发电站，年发电量2GWh。
目前国内尚没有在轨道、车体上实施光伏发电项目案例。国外铁路对轨道、车体光伏发电有研究案例。
2.铁路电力负荷及设施
铁路电力负荷及设施包括铁路电力牵引供电系统、电力系统。
1）铁路电力牵引供电系统
铁路电力牵引供电系统为电力机车供电；在铁路沿线设有110kV（220kV）/27.5kV牵引变电所、开闭所、分区所、AT所，27.5kV单相架空接触网。牵引变电所间距约50公里，主变压器容量20－60MVA之间。
2）铁路电力供电系统
铁路电力供电系统为铁路沿线、车站各系统供电；在铁路沿线、车站设有10kV贯通线/自闭线，设施包括：10kV配电所，10kV架空线路或10kV电缆，10/0.4kV变配系统。10KV配电所的间距40－50KM，负荷在2000－3000KVA左右；大、中型车站采用地方独立电源供电。
3.光伏发电方式初步考虑
光伏发电包括的主要素有：安装场地、充足阳光、并入国家电网、光伏技术及设备、资金。光伏发电技术及设备国内成熟，有设计、施工、验收、并网的国家规范；国内有众多光伏设备生产厂家；国家支持光伏清洁新能源的利用，建设资金有国家政策支持。较为困难的是安装场地、并入国家电网。国家已出台了《光伏发电站并网运行控制规范》GB_T33599-2017，进一步规范了光伏发电站并入国家电网标准，便于光伏发电并网。由于涉及到国家电网安全，完成并网程序时间较长，约为8个月左右。
目前铁路沿线的规划土地红线为8－15米，理论上铁路沿线两侧合计为16－30米的土地、车站及风雨棚、附属设施等可用作光伏发电场地，总体上讲可用于光伏发电的场地面积可观。按平均红线为10米计算，每公里铁路可用场地约为30亩。
典型的并网光伏电站的情况如下：光伏发电站主要安装用地为安装光伏电池板，按选用多晶太阳能电池组件计算，一块光伏电池发电量中位数250Wp，20MWp发电系统需要约8万片电池组件，投资约2亿元（不含土地成本），用地约500亩地的面积，全年按日均发电6小时计，发电量12万度电；按目前国家光伏发电上网电价0.6元/度计算,日均收入7.2万元。依此计算，每百公里铁路可用场地3000亩，可安装光伏发电站容量约120MWp。
具体技术方案：由于铁路沿线光伏发电站光伏电池板呈长条状分布，太阳能光伏并网发电系统推荐采用分块发电、分散并网方案，将系统分成每个2至4兆瓦的光伏并网发电单元；并且每个1兆瓦发电单元采用4台250KW并网逆变器的方案。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流配电柜并入0.4kV/10kV（27.5kV）升压配电装置。分散并入铁路电力系统10kV线路或铁路牵引供电系统27.5kV线路，通过铁路电力系统或铁路牵引供电系统最终实现将整个光伏发电集中并网接入国家电网。充分利用既有的电力设施集中并入电网，减少并网电力设施的建设，减少投资成本。由于目前无光伏发电接入铁路电力、牵引供电系统的案例，铁路电力、牵引供电系统也没有考虑光伏发电并入的要求，要解决光伏发电系统与铁路电力、供电系统相互兼容、匹配问题。
铁路沿线光伏发电既可供铁路负荷使用，包括铁路电力系统负荷、铁路电力牵引供电负荷，剩余发电余量并网输入国家电网，供应国家电网负荷。
光伏电站运营维护方式，目前铁路局设有供电段，负责铁路电力、牵引供电运营维护单位。建议光伏发电站纳入供电段运营维护范围，不单独设置运营维护机构，节约投资成本。
目前介入投资建设方式：建议分步实施铁路沿线光伏发电站项目。先期在新建铁路项目上实施，与新建铁路统一规划、投资、设计、施工，统一建设完成。依托新建铁路建设项目，在规划、设计中解决光伏发电、铁路供电系统的自身及接口问题，一次性实施既有铁路光伏发电站的投资建设。
4.存在问题及后续发展合作
1）铁路沿线光伏发电安全评估
2015年8月11日动工建设济青高铁（长307.9公里），规划铁路沿线线下光伏发电项目是充分利用济青高铁沿线栅栏内南侧及护坡、预留地等闲置空间安装光伏发电设备，总装机容量34兆瓦，总投资3.5亿元。但由于安全评估的原因，方案未能最终实施。
从此案例可见，利用铁路沿线的场地实施进行光伏发电，已经有研究及实施前期方案。但由于对铁路的安全性、可靠性未能研究清楚，取得一致意见，安全评估未获通过，项目未能进入实施建设。
2）安全及运营维护
铁路沿线两侧光伏发电设施距离铁路线较近，需要评估其对铁路带来的安全隐患，评估现铁路对有的光伏发电设施在铁路沿线安装的安全性，研究相应的安全措施及对策，确保铁路及光伏发电站运营安全。
光伏发电站的主要组成部分是光伏电池板、支架、电缆、直流汇流柜，采用露天方式安装在铁路沿，数量大、安装分散，维护、检修工作量大。而铁路运行时间较长，运行期间按安全规定要求，铁路防护网内不允许人员进入。光伏发电设施维护、检修只能在夜间进行，时间短，及时检修与维护难度大。同时，分布里程长，铁路沿线防护栏外侧的光伏设施本身无人看守，维护检修难度大，存在的安全隐患更大。
3）与相关光伏相关公司合作，研究光伏发电系统对铁路安全的影响，完善光伏发电设施的安全性、可靠性，确保铁路及光伏设施自身的安全，确定铁路沿线光伏发电的方案、明确确保铁路安全的技术措施。
4）跟踪铁路总公司对铁路沿线光伏发电的政策，积极联系、参与并推动铁路沿线光伏发电技术方案的确定，相关技术安全标准的研究，推动铁路光伏发电落地实施。
5）与铁路局合作，针对具体的铁路线路，达成合作意向，开展光伏发电的可行性研究，待政策条件成熟后，及时上报项目方案，参与投资建设。