兩種公路照明用太陽能接收裝置的經(jīng)濟(jì)性分析

1、兩種公路照明用太陽能接收裝置的經(jīng)濟(jì)性分析論文導(dǎo)讀:：國內(nèi)外的太陽能接收裝置一般分為兩種：跟蹤陽光式和非跟蹤陽光式。評價太陽能接收裝置的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)通常有：裝置組成經(jīng)濟(jì)性、光伏轉(zhuǎn)換率的經(jīng)濟(jì)性、日常運(yùn)行維護(hù)經(jīng)濟(jì)性和能源、材料使用的經(jīng)濟(jì)性。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的幾個方面分析，跟蹤式太陽能接收裝置用于公路照明的經(jīng)濟(jì)性全面優(yōu)于非跟蹤式?？梢钥闯?，跟蹤陽光式接收裝置用于公路照明的經(jīng)濟(jì)效益是非常巨大的，而且低碳環(huán)保，值得全社會推廣和應(yīng)用。論文關(guān)鍵詞：太陽能，跟蹤，接收裝置，經(jīng)濟(jì)分析0引言面對如今嚴(yán)重的能源危機(jī)，使用太陽能擁有很多優(yōu)勢。太陽能屬于再生能源，目前常見的再生能源主要有風(fēng)能、水能、太陽能和地?zé)?，其中，太陽能是?/p>

2、體上最可利用的再生能源。與風(fēng)能相比，穩(wěn)定性較強(qiáng)，受季節(jié)、季風(fēng)影響較??；與水能相比，太陽能地理位置局限性較小。地?zé)岣芤粯?，受地理位置的局限性，而且有足夠的地?zé)峥梢园l(fā)電的地方并不多【1】。所以國內(nèi)外專家學(xué)者都在對其進(jìn)行大量的研究，但光-電轉(zhuǎn)換收集太陽能的效率問題，各國的裝置普遍都較低。目前，太陽能接收裝置分為跟蹤式和非跟蹤式：非跟蹤陽光接收裝置，即固定式，太陽能接收板朝向固定，不隨陽光移動而變化；跟蹤陽光接收裝置那么是接收板隨著陽光偏移而自動轉(zhuǎn)向，像向日葵;跟隨太陽旋轉(zhuǎn)一樣。縱覽國內(nèi)外的種種太陽能電池，絕大多數(shù)是采用非跟蹤式接收裝置，這種方式下提高光-電轉(zhuǎn)換效率的研究方向主要有提高采光面積，研

3、發(fā)蓄電池新型材料及智能充放電和控制燈具關(guān)、開等。但是，隨著陽光的移動電池板與陽光投射傾角不同經(jīng)濟(jì)分析，所以非跟蹤式太陽能接收裝置每個時段獲得的太陽能是不等的【2】，因此光-電轉(zhuǎn)換太陽能的總效率低。在此根底上，人們開始研究如向日葵;跟隨太陽旋轉(zhuǎn)的光伏電池，但因?yàn)楸惧X高，控制精度不夠，使用壽命短，維修和維護(hù)本錢比非跟蹤式接收裝置更高等原因無法推廣。本文便是在研制了陽光跟蹤器自動控制方案后，對非跟蹤式和跟蹤式兩種接收裝置在太陽能公路照明應(yīng)用方面進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)分析。1評價公路照明用太陽能接收裝置的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)太陽能接收裝置經(jīng)濟(jì)性分析指標(biāo)一般涉及四個方面： 114404公里 23291公里 15120公里 跟蹤

4、式接收裝置公路照明 約為230公里 約為21公里 約為12公里 跟蹤式接收裝置公路照明的應(yīng)用 尚未實(shí)際應(yīng)用 尚未實(shí)際應(yīng)用 尚未實(shí)際應(yīng)用 國外太陽能應(yīng)用進(jìn)展較國內(nèi)的要快一些。目前全世界有136個國家正在普及推廣應(yīng)用太陽能發(fā)電技術(shù)，其中95個國家正在大規(guī)模研發(fā)和生產(chǎn)各種太陽能發(fā)電設(shè)備和太陽能電池應(yīng)用產(chǎn)品。2005年全世界太陽能電池電能總產(chǎn)量已經(jīng)到達(dá)2000MW。其中日本開展較快，太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的50%，10年內(nèi)太陽能電池的每瓦本錢下降90%。2001年時日本太陽能發(fā)電設(shè)備累計(jì)總裝機(jī)容量為450MW，2003年為887MW，2004年到達(dá)1900MW，估計(jì)到2021年到達(dá)2350MW，

5、2021年到達(dá)5000MW。2021年全世界太陽能發(fā)電設(shè)備累計(jì)總裝機(jī)容量到達(dá)18000MW。2.2跟蹤陽光式接收裝置在公路照明中應(yīng)用公路照明用跟蹤陽光式太陽能接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要需進(jìn)行燈具選擇和控制方案選擇。1燈具選擇。傳統(tǒng)的公路和城市道路照明沿用的是普通型高壓氣體放電燈，如普通型高壓鈉燈，它的特點(diǎn)是光效高、壽命長，但光色較差。近年來，人們的目光開始注意到一種新型功率型LED照明燈具。LED是一種固態(tài)半導(dǎo)體器件，它具有體積小、壽命長、可靠性高、能在低壓環(huán)境中工作等優(yōu)點(diǎn)。LED路燈比傳統(tǒng)路燈的性能要高，綜合節(jié)能60%以上。雖然LED路燈的本錢高于傳統(tǒng)路燈的3倍，但從長遠(yuǎn)考慮，就3公里道路LED高

6、出的本錢在未來的2.74年即可用它節(jié)省的電費(fèi)來補(bǔ)償，所以現(xiàn)在公路照明燈具選擇LED燈更加合理。2控制方案選擇。目前國內(nèi)外已有的跟蹤式太陽能接收裝置的跟蹤方式可分為單軸太陽能跟蹤器和雙軸太陽能跟蹤器兩種。由文獻(xiàn)【3】可知：雙軸跟蹤系統(tǒng)能夠最大效率的利用太陽輻射能量，單軸跟蹤系統(tǒng)的利用率雖然比雙軸跟蹤系統(tǒng)的稍低，但比固定安裝式系統(tǒng)的高，其控制也較雙軸跟蹤系統(tǒng)簡單。單軸跟蹤系統(tǒng)一般采用： 傾斜布置，東西跟蹤；焦線南北水平布置,東西跟； 焦線東西水平布置,南北跟蹤。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動的南北向或東西向跟蹤,工作原理根本相似【4】。比方，按地區(qū)日照平均值選擇太陽能電池板南北向傾角固定安裝，利用單軸控制

7、器實(shí)施對同步電動機(jī)的控制，同步電動機(jī)帶動太陽能電池板根據(jù)日照情況每隔一定時間東西向旋轉(zhuǎn)一個固定角度，這樣便實(shí)現(xiàn)了對陽光能量的跟蹤式接收。中國西北地區(qū)的緯度高使得它的日照時間較長，太陽能非常充足，系統(tǒng)利用率也高，更易提供公路照明所需的電能。因此，像西北地區(qū)這樣太陽能較充足的地帶，更適合采用單軸太陽能跟蹤器。單軸控制方案雖能完成跟隨太陽光線并進(jìn)行適時的調(diào)整其入射角，但它還存在缺乏。對于如浙江省這樣光照不是很充足的地區(qū)，假設(shè)只按一個方向控制太陽能電池板還是不能充分提高太陽能的利用率。解決方法是：根據(jù)系統(tǒng)所在地域的緯度和經(jīng)度設(shè)置兩臺電動機(jī)進(jìn)行陽光跟蹤。陽光可以分解為2個分量，一個垂直于太陽能電池板外表

8、，另一個平行于電池板外表，前者的輻射能被電池板吸收轉(zhuǎn)換，后者那么不然。實(shí)際使用時應(yīng)盡量使陽光和電池板法線的夾角即入射角小。陽光入射角不僅隨每天的日照時間變化而且也隨季節(jié)變化經(jīng)濟(jì)分析，因此固定一個方向安裝的太陽能電池板不能充分吸收太陽輻射能量。雙軸跟蹤就是將太陽能電池板繞2個互相垂直的緯度和經(jīng)度角轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，能同時跟蹤太陽的方位角和高度角，在理論上可完全跟蹤太陽的運(yùn)行軌跡以實(shí)現(xiàn)入射角為0。這就是全跟蹤即雙軸經(jīng)緯太陽跟蹤，因此像浙江省這樣太陽光照不是很充足的地帶，更適宜采用雙軸太陽能跟蹤器。3兩種公路照明用太陽能接收裝置的經(jīng)濟(jì)性分析根據(jù)前面提出的評價裝置的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，下面對非跟蹤式和跟蹤式太陽能接收裝

9、置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。3.1兩種太陽能接收裝置的一次性投資本錢在太陽能轉(zhuǎn)換的電能充足時，與傳統(tǒng)公路照明相比，太陽能公路照明系統(tǒng)在一次性投資的系統(tǒng)組成方面減少了配電箱安裝和線路敷設(shè)安裝兩個環(huán)節(jié)，所以只需從燈具和安裝工程量兩方面進(jìn)行比擬。跟蹤式太陽能公路照明系統(tǒng)在安裝工程量上，比普通固定式即非跟蹤式的調(diào)試量多出了一局部。兩種太陽能公路照明系統(tǒng)一次性投資資金組成如表2所示核心期刊目錄。表2 太陽能公路照明系統(tǒng)一次性投資資金組成 系統(tǒng)名稱 投資名稱 固定式太陽能照明金額 跟蹤式太陽能照明金額 備注 成套燈具費(fèi)用 4200 4200 以單盞成套照明燈具為例。 控制箱費(fèi)用 200 200 安裝費(fèi)用 1600

10、1600 旋轉(zhuǎn)控制調(diào)試費(fèi) - 200 合計(jì) 6000 6200 由表2可知，跟蹤式一套設(shè)備的本錢比非跟蹤式高兩百元左右。在太陽光照很充足的地域，假設(shè)采用固定式太陽能接收裝置并在其效率較低時也能滿足照明的電能需求，那么固定式裝置在一次性投資本錢上相對有優(yōu)勢，但為了保證在陰雨天的照明，固定式太陽能接收裝置一般還會設(shè)置公路照明配電箱、照明線路作為備用電源。另外，對于太陽光照不太充足的地方，僅用固定式太陽能接收裝置來提供照明電能往往是不能滿足要求的，而跟蹤式裝置由于其轉(zhuǎn)換的高效率那么可以滿足用電需求。雖然一次性投資本錢上跟蹤式裝置較固定式裝置稍高，但固定式接收裝置一般要增加公路照明配電箱、照明配線，使

11、得其一次性實(shí)際本錢遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于跟蹤式裝置。3.2兩種接收裝置光伏轉(zhuǎn)換率的經(jīng)濟(jì)分析。在太陽能接收裝置采光面積相同，蓄電池材料相同，充放電和控制燈具關(guān)、開等設(shè)備條件相同的情況下，兩種裝置的光伏轉(zhuǎn)換率相差非常大，跟蹤式的光電轉(zhuǎn)換率要高很多，理論上高50%，實(shí)際情況一般要高35%。而且就南方地區(qū)而言，陰雨天氣一般較長，常用固定式的太陽能燈具在電能充足狀態(tài)下輸出只能維持3到5天，所以固定式太陽能照明器不能獨(dú)立的在南方地區(qū)使用，一般還需鋪設(shè)照明供配電線路，作為在電池電量缺乏時的備用。如浙江省由于日照相對欠充足，要完全依賴固定式太陽能電池板進(jìn)行光伏轉(zhuǎn)換來供電，那么需要較大容量的太陽能電池板，一般需增加太陽能電池

12、板容量30%左右 固定式太陽能照明 跟蹤式太陽能照明 備注 供電本錢 62 固定式需增加容量投入約經(jīng)費(fèi)13.32萬元 人力定期巡查本錢 3.1 跟蹤式需增加調(diào)試投入約經(jīng)費(fèi)13.32萬元 產(chǎn)品更換本錢 3.72 目前尚可考證的無記錄 合計(jì) 68.82 太陽能電池板水平布置以及小傾角布置時，灰塵、雨水等因素對光伏發(fā)電產(chǎn)能有較大影響【5】。固定式接收器在日照不充足、梅雨季節(jié)或陰雨天氣經(jīng)濟(jì)分析，將會導(dǎo)致供電不充足。這時就要增加傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)，并且在產(chǎn)品更換本錢中又不得不參加這局部費(fèi)用。而太陽能照明自動跟蹤控制系統(tǒng)由于其光電轉(zhuǎn)換效率高，可以完全免去供電本錢中線路損壞、線路再敷設(shè)修護(hù)、配電箱維護(hù)和更換的

13、本錢?？傊櫴浇邮掌魅粘＿\(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益更高。3.4兩種接收裝置能源、材料使用的經(jīng)濟(jì)分析在太陽能轉(zhuǎn)換的電能足夠時，兩種太陽能接收裝置自身的電能消耗和金屬銅消耗均可以忽略不計(jì)。但是因?yàn)槟承┣闆r下固定式照明器電能轉(zhuǎn)換量不充足，為保證公路照明的正常運(yùn)行，必須在安裝太陽能照明系統(tǒng)的同時安裝傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)，這樣一來，非跟蹤式照明器的金屬銅消耗量就不能忽略不計(jì)了，而且發(fā)電量缺乏的時候，對國家電網(wǎng)上的電能消耗也不能忽略。綜合考慮，跟蹤式太陽能接收裝置較固定式的有著更高的經(jīng)濟(jì)效益。4結(jié)論通過對兩種太陽能接收裝置的經(jīng)濟(jì)性分析可知，雖然在陽光很充足的地區(qū)和時節(jié)，固定式太陽能接收裝置在一次性投資工程的自動控制調(diào)節(jié)費(fèi)上低于跟蹤式裝置，但面對我國這樣一個區(qū)域廣闊、氣候復(fù)雜的情況，從電能轉(zhuǎn)換效率、供電量穩(wěn)定性及能源和材料消耗等幾項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來分析，同等容量大小的電池板，跟蹤式裝置全面優(yōu)于固定式裝置。跟蹤式太陽能接收裝置提高了光伏轉(zhuǎn)