第八章 光伏的的特殊應(yīng)用

2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用1第八章

光伏的的特殊應(yīng)用2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用2

目錄§

8.1引言§

8.2空間應(yīng)用§

8.3海洋航行輔助§

8.4無線電通信§

8.5陰極保護(hù)§

8.6水泵§

8.7室內(nèi)使用的消費光伏產(chǎn)品§

8.8電池充電器§

8.9發(fā)展中國家的光伏發(fā)電§

8.10冷藏§

8.11光伏動力運(yùn)輸§

8.12太陽能汽車§

8.13照明§

8.14遠(yuǎn)程監(jiān)測§

8.15直接驅(qū)動的應(yīng)用§

8.16電力防護(hù)柵欄2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用3§

8.1引言光伏系統(tǒng)具有很多用途，它小到可以比一個硬幣還小，大到可以比一個足球場還大。可以為一個手表提供電力，也可以為一個小城鎮(zhèn)供電。光伏系統(tǒng)的這些優(yōu)點，結(jié)合它簡潔的工作方式，使之成為很多獨立特殊應(yīng)用的能源，前景非常廣闊。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用4§

8.2空間應(yīng)用在光伏電池的早期應(yīng)用中，由于其價格昂貴，使得光伏系統(tǒng)僅僅被應(yīng)用于空間領(lǐng)域。由于太空船對產(chǎn)品重量以及面積的限制，對太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有很高要求在空間應(yīng)用中，太陽能電池不受地球磁場以及大氣層的保護(hù)，在受到宇宙射線和高能粒子的影響下它的壽命只能達(dá)到七年左右。太陽能電池的這種抵抗轟擊所造成的衰減的能力被稱為輻射硬度。光伏太陽能板占人造衛(wèi)星總重量的10%～20%，占總成本的10%～30%。

很多空間用太陽能電池采用砷化鎵以及相關(guān)化合物制作，其光電轉(zhuǎn)換效率比晶體硅高，但價格也更貴。

2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用5§

8.3海洋航行輔助太陽能電池應(yīng)用于海洋導(dǎo)航輔助系統(tǒng)要比頻繁更換主電池所需的費用便宜許多。在這種場合使用的太陽能系統(tǒng)通常包括：10～100W的太陽能電池低維護(hù)費用的蓄電池以及放置蓄電池的耐候性很好的保護(hù)盒電壓校準(zhǔn)儀或自校準(zhǔn)儀軍用標(biāo)準(zhǔn)的定時器以及電動機(jī)控制電路滿足軍用標(biāo)準(zhǔn)直流電動機(jī)的自動燈調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)的抗候構(gòu)件通常由以下幾部分組成：用于裝蓄電池的防風(fēng)雨以及抗鹽霧的電池盒以及光伏組件封裝系統(tǒng)防水抗鹽霧的電纜透鏡以及電路防護(hù)盒的密封構(gòu)件用于防止鳥類棲息的長釘，它可以保護(hù)光透鏡和光伏組件表面不受鳥糞的污染。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用6§

8.4無線電通信由光伏電池供電的無線電通信中繼站適合于荒蕪的地區(qū)。由澳大利亞Telecom公司在1976年開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)便攜式太陽能電源供應(yīng)系統(tǒng)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱運(yùn)輸。這樣的系統(tǒng)為世界上首個無線電通信中繼站連接提供了電源。所使用的蓄電池具有以下特性：純鉛陽極板自放電速率低(大約每月3%)很長的使用壽命(約八年)1,便攜式光伏電源2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用7為邊遠(yuǎn)地區(qū)的無線電話用戶使用光伏發(fā)電，將無線電話連接到最近的中繼站上。這樣的小型獨立系統(tǒng)包括：光伏組件(一個或兩個標(biāo)準(zhǔn)件)，通常使用桿子支撐一個12V的蓄電池信號發(fā)送電路和一個天線許多獨立的高頻、超高頻或微波使用者，如軍方、警方以及一些商務(wù)用戶也使用太陽能光伏能源?！?/p>

8.4無線電通信2,無線電話服務(wù)2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用8為邊遠(yuǎn)地區(qū)提供手機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這樣的手機(jī)基站具有比常規(guī)系統(tǒng)更高的耐熱性能，可以省略了空氣調(diào)節(jié)裝置。光伏發(fā)電也被用于采用以光纖主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳輸?shù)南到y(tǒng)?！?/p>

8.4無線電通信3,手機(jī)網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用9§

8.5陰極保護(hù)石油和天然氣的輸送管道、井、化學(xué)儲藏容器、橋梁等的腐蝕是一個比較棘手的問題。陰極保護(hù)包括使用電流來抵消大自然的電化學(xué)電流腐蝕。對大多數(shù)結(jié)構(gòu)而言，采用低系統(tǒng)利用率的設(shè)計便已夠用。一般90%的系統(tǒng)利用率可以使被保護(hù)設(shè)備的使用壽命延長十倍。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用10§

8.5陰極保護(hù)右圖是一個管道傳輸?shù)年帢O保系統(tǒng)示意圖。若L代表需要保護(hù)的傳輸管道的長度，則有

r是一個常量，它是單位傳輸管路長度的電阻函數(shù)，經(jīng)驗數(shù)據(jù)是5×10-4m-1。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用11如果L很長，?Vmax就會變得很大，所需配置的功率就會過大；相反，L過小，所需使用的陰極保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)量就會很多。通過光伏組件的標(biāo)準(zhǔn)化，建立這樣小型的相互靠近的陰極保護(hù)系統(tǒng)就顯得比較容易。一個小型的陰極保護(hù)系統(tǒng)包括：一個60W的光伏板一個12V-90Ah的蓄電池一個串聯(lián)充電調(diào)節(jié)器一個閉環(huán)電流控制器，在地下使用銅/硫酸銅作為陽極進(jìn)行保護(hù)?！?/p>

8.5陰極保護(hù)2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用12§

8.6水泵對于光伏水泵系統(tǒng)的普及來說，最大的不利因素是初期的高成本投入、太陽輻照度的不均勻性、太陽能的分散性，以及工業(yè)化光伏水泵系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗不足和系統(tǒng)構(gòu)件開發(fā)的不成熟。從產(chǎn)品的整體使用成本來看，與柴油發(fā)電水泵相比，2000W以下的光伏水泵系統(tǒng)已經(jīng)是很經(jīng)濟(jì)的選擇了；而對于1000W以下的光伏系統(tǒng)來說，它的使用成本比柴油系統(tǒng)要低的多。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用13§

8.7室內(nèi)使用的消費光伏產(chǎn)品太陽能電池用于日用消費品如手表、電子計算機(jī)以及小型電動玩具等在2002年有60MW的光伏電池被用于消費品產(chǎn)品，然而實際上產(chǎn)生的電能 僅為該統(tǒng)計數(shù)據(jù)的1%。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用14§

8.8電池充電器在使用可充電池作為電源的場合，太陽能電池組件可以在電量不足的時候用于充電以保證電量的充足，還可用來彌補(bǔ)充電電池的放電。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用15§

8.9發(fā)展中國家的光伏發(fā)電對于發(fā)展中國家仍然有將近40%的人無法得到電力供應(yīng)。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)來說是一個潛在而巨大的市場，這樣的應(yīng)用有：家庭照明，包括太陽能電燈家用電源用于教育和娛樂的電視機(jī)或者收音機(jī)通信系統(tǒng)飲用水凈化系統(tǒng)家庭用水或者灌溉用水的水泵醫(yī)用和疫苗用冷藏設(shè)備鄉(xiāng)村蓄電池充電站無線電話社區(qū)公用設(shè)施生產(chǎn)用電2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用16作為應(yīng)用的典型系統(tǒng)的例子，大約有10000套平均每天輸出150Wh的系統(tǒng)已經(jīng)被安裝在印度尼西亞，其系統(tǒng)的配置如下：一個45W的太陽能電池組件，安裝在穿過房子屋頂?shù)囊粋€小型支撐桿上一個12V、70Ah的鉛酸蓄電池，安裝在墻內(nèi)的附屬支架上一個小的控制器，用來保護(hù)蓄電池過充或過放兩個6W的燈一個插頭和一個插座，用于和電視機(jī)、收音機(jī)或其他應(yīng)用的連接?！?/p>

8.9發(fā)展中國家的光伏發(fā)電2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用17§

8.10冷藏光伏組件廣泛應(yīng)用于冷藏，其主要用途有：醫(yī)療用途，大約占光伏冷藏應(yīng)用的20%休閑用交通工具，比如露營車商業(yè)用途家用高效的直流冷藏器使用12V或24V直流，效率一般是交流冷藏器的5倍，其高效率的主要因素包括：形狀增強(qiáng)的隔熱能力2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用18門的密封性良好區(qū)間化，每個區(qū)間都有獨立的溫度控制具有良好散熱性能的(無風(fēng)扇)高效壓縮機(jī)或電動機(jī)手動除霜從頂部裝載正確地使用冷藏器以實現(xiàn)最佳使用效率：冷藏位置，包括散熱盤管的通風(fēng)要求開門的習(xí)慣使用的季節(jié)性變化(這和太陽能系統(tǒng)的輸出配合的很好)裝載貨物的時間和溫度?！?/p>

8.10冷藏2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用19§

8.11光伏動力運(yùn)輸應(yīng)用于汽車和游船上的太陽能光伏系統(tǒng)光伏發(fā)電組件還可以為城市有軌電車系統(tǒng)供電2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用20§

8.12太陽能汽車太陽能賽車主要考慮的因素：空氣動力學(xué)(比車重量更關(guān)鍵的設(shè)計)發(fā)動機(jī)效率(通常使用兩個發(fā)動機(jī))功率調(diào)控和控制電路蓄電池儲能密度以及蓄電池的效率。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用21要太陽能驅(qū)動的汽車出現(xiàn)在市場上可能還需要許多年，這是由于需要：降低成本和其他交通工具的道路兼容性運(yùn)輸部門的認(rèn)可，尤其在安全性方面相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性設(shè)計(盡管這在快速發(fā)展)消費者的認(rèn)可大批量生產(chǎn)的輕型太陽能電池組件制動能量回饋，在頻繁停車發(fā)生的情況下保持效率(現(xiàn)在此技術(shù)已經(jīng)成熟，并在混合動力汽車上得以應(yīng)用)建立充電站(這些充電站也可以使用太陽能提供電力)交通工具的零排放或低排放已成為一個研究目標(biāo)，鼓勵民眾盡量使用太陽能驅(qū)動的交通工具，不論是直接將能源用于驅(qū)動汽車還是安裝光伏陣列做成充電站?！?/p>

8.12太陽能汽車2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用22§

8.13照明在世界上的很多邊遠(yuǎn)地區(qū)，太陽能直流照明相對于煤油燈、蓄電池?zé)簟⑾灎T、柴油或汽油發(fā)電機(jī)照明更為廉價，與架設(shè)電網(wǎng)相比就更為經(jīng)濟(jì)了。即使在城市也經(jīng)常使用太陽能燈以避免從地下埋設(shè)輸電線或高架電線進(jìn)行電力的傳送?，F(xiàn)在的太陽能照明應(yīng)用主要有：廣告牌警示燈公共交通遮雨棚緊急警報燈路況區(qū)域照明(如賽道、街道等)家庭用照明。有益于提高照明效率的控制技術(shù)主要包括：光敏控制器計時器開關(guān)(用于允許手動控制，尤其對于家庭用戶)傳感器，例如運(yùn)動探測器和紅外探測器(對安全系統(tǒng)特別有用)2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用23§

8.14遠(yuǎn)程監(jiān)測遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要用于：氣象情況，包括風(fēng)暴警告公路情況結(jié)構(gòu)情況昆蟲誘捕地震監(jiān)測記錄科學(xué)研究自動撥打警報水庫水位監(jiān)測放射性物質(zhì)以及污染監(jiān)測任何一個監(jiān)測系統(tǒng)都需要使用電，因為儀器使用及數(shù)據(jù)傳輸都要用電。但它們對電能的需求一般非常低(通常每天負(fù)載以mAh計)，這樣光伏發(fā)電系統(tǒng)就成為監(jiān)測系統(tǒng)的理想電源。在光伏系統(tǒng)中加入變阻器是十分重要的，這樣可以防止數(shù)據(jù)獲取設(shè)備遭受電涌，尤其是在遇到閃電的情況下。2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用24§

8.15直接驅(qū)動的應(yīng)用光伏系統(tǒng)直接連接到負(fù)載(只使用一個太陽能電池組件，省了蓄電池、阻塞二極管以及其他相關(guān)電源控制電路)太陽能電池組件所產(chǎn)生的電流必須和負(fù)載所需電流相匹配，而負(fù)載的最大耐壓要達(dá)到組件的開路電壓。應(yīng)用設(shè)備包括:通風(fēng)風(fēng)扇便攜式收音機(jī)電動玩具太陽跟蹤設(shè)備水泵系統(tǒng)2024/2/18第八章光伏的特殊應(yīng)用25§

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