朱贺

摘 要：文章介绍了光导照明系统（导光管日光照明系统）、光伏发电系统的工作原理，介绍了其在地铁系统中适用场所及适用性，分析光导照明系统、光伏发电系统在地铁车辆段应用的可行性，并结合工程案例总结光导照明在地铁车辆段的应用情况。

关键词：光导照明系统；光伏发电系统；车辆段；应用；研究

中图分类号：U231 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0169-02

Abstract： This paper introduces the working principle of photoconductive lighting system and photovoltaic power generation system， and introduces its application and applicability in subway system. The feasibility of the application of photoconductive lighting system and photovoltaic power generation system in metro depot is analyzed， and the application of photoconductive lighting in metro depot is summarized in combination with engineering cases.

Keywords： photoconductive lighting system； photovoltaic power generation system； depot； application； research

引言

地铁由于其快速、准时、承载量大等特点，已成为解决城市交通问题的有效途径。同时，地铁还具有高技术、高投入和高能耗的特点。电能是地铁运行主要能源，地铁的电力支出至少占整个运营成本的30%及以上。另外，在我国燃煤发电量占比较大，2017年占比七成以上。燃煤发电会导致颗粒物、有害气体、温室气体等排放，造成生态破坏、环境污染。近年来，随着全球的资源供给和环境承载压力日益突出，走节能减排的发展道路迫在眉睫。因此，在全球倡导节约能源的大背景下，绿色低碳更需要通过技术手段实现地铁系统的节能减排。

太阳能是能够保证人类能源需求的能量来源之一，其潜在资源120000TW，实际可开采资源高达600TW。光导照明、光伏发电技术日趋成熟，太阳能电池组件成本近30年来大大降低；广东省太阳能资源较为丰富，年辐照时数2200小时左右；国家以及广东省不断出台光伏产业利好政策，光伏电站的建设已经具备了技术、资源和政策基础。光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益，是最优质的绿色能源之一。

1 光导照明系统、光伏发电系统的概况

1.1 光导照明系统、光伏发电系统工作原理

光导照明系统其原理是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的导光管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效的照射到任何需要光线的地方，得到由自然光带来的特殊照明效果。同时，系统结构和材料两个方面可以提高系统的采光率和传导率。

光伏发电系统是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。

1.2 光导照明系统、光伏发电系统的优缺点

光导照明系统、光伏发电系统与传统的照明、发电系统相比，存在着独特的优点，有着良好的发展前景和广阔的应用领域，是真正节能、环保、绿色的照明及发电方式。

光导照明作为一种绿色的照明方式，在国内的应用较为普遍，有着节能、环保、健康、安全、光效好、采光面积小及可调光等优势。光伏发电系统的可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电且能并网运行。

同时，光导照明系统、光伏发电系统在应用过程中也存在一些限制，主要体现在以下几点：投资成本较大；受到天气因素影响；材质要求较高；太阳能电池的安装场所跟土建结构的前期配合工作量较大、回收期较长；由于地鐵属于市政项目，若没有产权证和土地使用证，将会带来无法取得补贴的风险。

1.3 光导照明系统、光伏发电系统在地铁系统中的主要应用场所

光导照明系统适合于车辆段综合楼顶层和地下一层建筑，控制中心等多层建筑的顶层或者是地下室等；光伏发电系统适用于无上盖开发车辆段的库房、综合楼闲置屋面等场所。

2 光导照明系统、光伏发电系统在地铁车辆段的适用性分析

（1）几种常见的自然采光系统有：采光天窗、采光隔板、光纤照明。目前采光天窗在带上盖车辆段的应用最大的受限是其需要在上盖大面积开孔以满足盖下作业要求。但是这种在上盖大面积开孔的做法一方面存在安全隐患，另一方面也减少了上盖开发面积，无论是从经济还是安全的角度都是得不偿失的。光纤照明的开孔面积较小成本也较低，但是其光通量较小，在车辆段等大空间应用时其照度无法满足盖下作业要求。因此光纤照明在车辆段等地铁上盖物业的应用也是不合适的。车辆段一般侧面为开放式，因此设置采光隔板是没有必要的。光导照明系统在上盖的开孔面积较为适宜，同时光导照明系统在地下车库、工厂等大空间应用比较成熟，其光照能够满足作业要求，因此其在车辆段适用。光导照明的最大特点是可实现一个光源多个点照明，由于其材料的特性可实现一定范围内灵活地弯折，且其光质稳定、光泽柔和、色彩广泛。但是光纤截面尺寸小，所能输送的光通量比导光管小得多。光导照明系统的工作原理前面已有介绍，相对上述几种自然采光系统，光导照明在车辆段上盖的开孔大小适宜，同时其光通量较大且可满足盖下作业要求。因此光导照明系统更加适用于车辆段等项目的自然采光系统。（2）地铁具有城市公共交通与大型公共建筑的双重特征，同时承载着城市公共交通运输与建筑双重节能的责任。在国家倡导节能减排的大背景下，利用车辆段大面积的闲置屋顶建设屋面光伏发电符合当前国家节能减排的政策，达到节能减排的目的，将有利于推动我国绿色发展，凸显绿色；同时将深入探索更加可靠的供电模式，强化地铁等公交系统的供电保障与应急电源保障。充分利用地铁车辆段闲置屋顶，将其作为太阳能光伏发电的新型、有效载体，从而达到节能减排目标，实现光伏发电、交通运输、节能减排、绿色出行、低碳生态五者的高效整合与最佳统一，具有重要社会效益。

3 光导照明系统、光伏发电系统在地铁车辆段的可行性分析

（1）光导照明是一种绿色、环保的照明方式，充分的显示了其“节能减排”的特性。且光导照明无需电力，因此不存在电力隐患。同时，相对于电气照明，光导照明不存在频闪，其采用的材料可有效隔绝大部分紫外线。目前大多数光导照明产品的防火等级可达到B级，满足大多数建筑的防火要求。而配合调光装置等辅助设备，可实现室内光照调节的目的。虽然光导照明在应用过程中存在着一些缺陷，但是可以通过前期设计、产品性能提升等避免。光导照明产品的价格一般高于电气照明、采光天窗、光纤照明等设备，但其无需电力，且维护成本低，可通过后期节省电费及维护费用等达到回收提资的效果。另外，部分地区常年光照量较少，应用光导管照明效果不佳。但是，根据年光照小时可将全国分为5个等级：一等地区为太阳能资源最丰富的地区，其年光照小时可达到2800～3300小时；二等地区为太阳能资源较丰富地区，其年光照小时可达到3000～3200小时；三等地区为太阳能资源中等地区，年光照小时达到2200～3000小时；四等地区为太阳能较差地区，年光照小时为1400～2200；五等地区为太阳能资源最差地区，年光照小时为1000～1400小时。而地铁集中城市主要分布在三等地区以内。（2）有效利用车辆段既有闲置屋面建设光伏发电系统，并结合储能技术、通信技术、互联网技术，打造智能微电网，调整能源结构，提升供电可靠性与应急保障，节能减排，创新管理模式，降低运营成本。a.光伏电池组件与建筑物的结合，既可发电又能作为建筑物的隔热层，不但可使物质资源充分发挥多种功能，而且还使建筑物科技含量提高。b.光伏微电网建设可以提高光伏发电系统电能质量，并可配合高可靠长寿命的储能系统以及智能化控制系统，实现光伏微网与大电网的无缝切换；既可灵活与电网联接，又能脱离电网独立运行；既有利于增强电力系统抵御战争和灾害的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗。

根据以上分析，光导照明系统、光伏发电系统在地铁车辆段应用是可行的。

4 光导照明系统、光伏发电系统在地铁车辆段中的工程应用

（1）光导照明系统：广州地铁21号线水西停车场，作为带上盖地铁场段项目已采用光导照明系统项目。共使用53套光导照明系统，主用应用于运用库、咽喉区及道路等场所；广州地铁运营指挥中心的地铁上盖项目也采用了光导照明系统，共使用7套光导照明系统，主用应用于地下车库。（2）光伏发电系统：上海地铁11号线北段川杨河车辆基地、南段治北车辆基地和12号线金桥车辆基地已经采用分布式光伏发电（约9兆瓦）并网接入到地铁的整个供电网络里面；北京地铁14号线张郭庄站已建成国内首座装机容量为60千瓦的屋顶太阳能光伏发电地铁站。广州鱼珠车辆段屋顶初步规划共敷设23560块峰值功率为255Wp的多晶硅光伏组件，装机容量为6MWp。

光导照明系统、光伏发电系统在已经运营的地铁工程中的应用在满足了照明需求的前提下，同时又达到了节能、环保、健康、安全、光效好、采光面积小及可調光等效果。

5 结束语

科技的高速发展带动了社会空前的发展，随着资源利用日趋紧张，生态环境保护迫在眉睫，如何利用新能源、新技术发展是每个行业急需要解决的问题。高新、高效、节能技术逐渐引入各个行业领域，成为行业发展的重要推动剂。只有将新能源技术广泛、有效的应用到工程项目中，可持续发展能力才会进一步提高，生态环境不断得到改善。地铁系统作为当前重要的城市交通工具和大型公共建筑，同时承载着城市公共交通运输与建筑双重节能的责任，开发和研究光导照明系统及光伏发电系统在地铁行业的应用是可行的且具有重要意义的。

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