發(fā)布時(shí)間:2018/8/13 9:14:28 來(lái)源:本站
隨著太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,在照明領(lǐng)域,太陽(yáng)能路燈作為光伏發(fā)電系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的主要應(yīng)用模式,被越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)并接受。
太陽(yáng)能路燈的工作原理:太陽(yáng)能路燈利用太陽(yáng)電池的光生伏特效應(yīng)原理,白天太陽(yáng)電池吸收太陽(yáng)能光子能量產(chǎn)生電能通過(guò)控制器儲(chǔ)存在蓄電池里,當(dāng)夜幕降臨或燈具周?chē)庹斩容^低時(shí),蓄電池通過(guò)控制器向光源供電一直到設(shè)定的時(shí)間后切斷。太陽(yáng)能路燈主要由太陽(yáng)能電池組件、組件支架、電光源、控制器、蓄電池、燈桿等幾部分組成。
純太陽(yáng)能路燈最大的好處就在于它使用的是清潔的太陽(yáng)能,單個(gè)路燈就像是一臺(tái)小型發(fā)電機(jī),通過(guò)太陽(yáng)能電池板吸收光線,轉(zhuǎn)換成電能,再儲(chǔ)蓄到自帶的蓄電池中,不需要再消耗額外的電能。因此,安裝太陽(yáng)能路燈不需要外部電源和線路,不需要鋪設(shè)電線管道。對(duì)于路面較窄、對(duì)照明要求不高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路而言,小功率的太陽(yáng)能路燈能夠滿足照明要求。
太陽(yáng)能燈是將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化成電能,一般蓄量不夠大,無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間照明使用,加上日照緣故,一旦逢上連陰天,就會(huì)造成路燈無(wú)法使用的情況。對(duì)于要求路燈功率、照明標(biāo)準(zhǔn)值較高的道路,太陽(yáng)能路燈可能存在電能不足的缺點(diǎn)。因此,就產(chǎn)生了光電互補(bǔ)型太陽(yáng)能路燈,在太陽(yáng)能不足的情況下,轉(zhuǎn)換成市電供電。
通過(guò)中國(guó)不同傾斜面上太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)庫(kù)資料,來(lái)確定太陽(yáng)電池組件的傾斜角與方位角及計(jì)算該地區(qū)的太陽(yáng)能標(biāo)準(zhǔn)峰值日照時(shí)間。根據(jù)各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少,全國(guó)劃分為五類(lèi)地區(qū)。如江西屬于四類(lèi)地區(qū),是我國(guó)太陽(yáng)能資源較差地區(qū),年太陽(yáng)輻射總量4200~5000 MJ/m2,相當(dāng)于日輻射量3.2~3.8 kWh/m2。
光源功率的大小直接影響著道路照明標(biāo)準(zhǔn)值和整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)穩(wěn)定性。
太陽(yáng)能路燈每天晚上工作的時(shí)間是決定太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中組件大小的核心參數(shù),通過(guò)確定工作時(shí)間,可以初步計(jì)算負(fù)載每天的功耗和與之相應(yīng)的太陽(yáng)電池組件的充電電流。
太陽(yáng)能路燈需要保持的連續(xù)陰雨天數(shù)決定了蓄電池容量的大小及陰雨天過(guò)后恢復(fù)電池容量所需要的太陽(yáng)電池組件功率。
兩個(gè)連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)是決定系統(tǒng)在一個(gè)連續(xù)陰雨天過(guò)后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。
純太陽(yáng)能路燈不需要鋪設(shè)電線管道,本文不再敘述。
光電互補(bǔ)的太陽(yáng)能路燈市電供電方式應(yīng)考慮低壓線路經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及路燈供電電壓水平,380/220V低壓供電半徑不大于800 m,低壓側(cè)出線沿樹(shù)池敷設(shè)至各路燈,每一方向上的路燈由一回線路分相供電,見(jiàn)圖1。
光電互補(bǔ)的太陽(yáng)能供電方式中的太陽(yáng)能為蓄電池,系統(tǒng)檢測(cè)到蓄電池電壓低于規(guī)定值時(shí),自動(dòng)切換至市電。系統(tǒng)電路原理見(jiàn)圖2。
仰天崗大道長(zhǎng)約4.5 km,路幅寬60 m,為城市Ⅰ級(jí)主干路,瀝青混凝土路面。
道路照明采用太陽(yáng)能路燈,是非標(biāo)準(zhǔn)道路照明設(shè)計(jì)。以太陽(yáng)能為主,電能為輔,路燈光源日工作時(shí)間為前6 h全功率,后時(shí)段半功率;太陽(yáng)能系統(tǒng)保證儲(chǔ)能供電時(shí)間不低于4個(gè)連續(xù)陰雨天,陰雨天數(shù)超過(guò)4 d,系統(tǒng)檢測(cè)到蓄電池電壓低于規(guī)定值時(shí),自動(dòng)切換至市電。采用太陽(yáng)能路燈需滿足(或接近)道路平均照度為20 lx,照度均勻度不小于0.4。在道路兩側(cè)的樹(shù)池內(nèi)設(shè)置金屬燈桿雙臂路燈,安裝高度為12 m。路燈采用雙側(cè)對(duì)稱(chēng)布置方式,路燈縱向安裝間距為30 m左右。見(jiàn)圖3。
根據(jù)上述要求,燈具廠配置了符合設(shè)計(jì)要求的方案,見(jiàn)表1。
表1系統(tǒng)配置及相關(guān)說(shuō)明
系統(tǒng)性能特點(diǎn):智能充放電控制,可相對(duì)延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命;工作模式:24 h定時(shí)模式;負(fù)載開(kāi)路及短路保護(hù),并具有自動(dòng)恢復(fù)功能;采用專(zhuān)用芯片對(duì)光源進(jìn)行恒功率啟動(dòng)控制,具有過(guò)流過(guò)電壓保護(hù),燈泡開(kāi)路、短路保護(hù);防頻閃雙頻工作模式等溫補(bǔ)償;采用工業(yè)級(jí)芯片低功耗設(shè)計(jì),可在高溫、寒冷、潮濕的環(huán)境下可靠工作;使用、維護(hù)簡(jiǎn)單方便,全自動(dòng)控制。
(1)太陽(yáng)能電池組件。規(guī)格型號(hào):太陽(yáng)能路燈—功率90 W,峰值電壓24V,共6塊。技術(shù)要求:①尺寸為1200 ×560×35 mm;組件通過(guò)ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證, TUV、CE認(rèn)證,按國(guó)際電工委員會(huì)IEC61215—2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),并經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)論證,確保組件的質(zhì)量、電性能和壽命要求;②組件采用優(yōu)質(zhì)高效率單晶硅太陽(yáng)電池片,轉(zhuǎn)換效率16%以上;③旁路二極管熱實(shí)驗(yàn):測(cè)定組件旁路二極管熱設(shè)計(jì)的充分性和可靠性,確保組件在發(fā)熱斑時(shí)能有效旁路,最大限度避免熱斑效應(yīng)對(duì)組件的負(fù)面影響;④組件邊框選用優(yōu)質(zhì)6063T5的型材,選用表面噴涂厚度≥12 μm的防氧化膜,耐煙霧和紫外線,使用壽命長(zhǎng),保證產(chǎn)品在室外環(huán)境下能正常使用;⑤接線端子牢固,配有旁路二極管,避免熱斑效應(yīng)造成電池?zé)龤?側(cè)面擠壓密封,受力均勻,長(zhǎng)久不失效,保證整體密封性;⑥鋼化玻璃厚3.2 mm,透光率應(yīng)在91%以上,電池組件整體有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,能經(jīng)受運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中發(fā)生的沖擊、震動(dòng)和其它應(yīng)力,并具有優(yōu)良的防腐、防風(fēng)、防水和防雹能力;⑦電池組件的絕緣強(qiáng)度>100 MΩ;⑧優(yōu)質(zhì)密封硅膠,增加組件的絕緣性能和防止?jié)駳膺M(jìn)入組件,保證組件使用壽命≥25年,功率衰減小;⑨組件在-40℃~85℃的溫度范圍內(nèi)均可正常工作。
(2)控制器。規(guī)格型號(hào):太陽(yáng)能路燈—24V/20A(雙路輸出,光控開(kāi)關(guān),前6 h全功率),SHCB-20A市電互補(bǔ)控制器。技術(shù)要求:①蓄電池反接保護(hù);②太陽(yáng)能電池反接保護(hù):太陽(yáng)能電池“+”“-”極性接反,糾正后可繼續(xù)使用;③負(fù)載過(guò)流及短路保護(hù):負(fù)載過(guò)流超過(guò)額定電流或負(fù)載短路后,關(guān)斷負(fù)載,糾正后可繼續(xù)使用;④夜間防反充電保護(hù):白天太陽(yáng)能電池組件給蓄電池充電,晚上蓄電池不能給組件充電;⑤過(guò)充保護(hù);⑥智能充電(防硫化處理):當(dāng)蓄電池達(dá)到過(guò)放時(shí),或連續(xù)一個(gè)月沒(méi)有達(dá)到過(guò)放時(shí),直充電壓提到29.4 V?刂破鞅仨毥(jīng)過(guò)高溫高濕環(huán)境運(yùn)行監(jiān)測(cè)、低溫環(huán)境監(jiān)測(cè)、交變濕熱試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、老化試驗(yàn),以保證產(chǎn)品質(zhì)量,使用壽命5年。
(3)蓄電池。規(guī)格型號(hào):太陽(yáng)能專(zhuān)用電池(通過(guò)國(guó)家質(zhì)量認(rèn)證)。技術(shù)要求:太陽(yáng)能路燈蓄電池容量為150Ah/24 V,共4只。采用優(yōu)質(zhì)蓄電池,免維護(hù),使用壽命8年(保修5年)。在蓄電池的防護(hù)方面采用地埋式處理,減少溫度對(duì)蓄電池的影響,蓄電池艙的地基預(yù)留排水孔起到防水作用。蓄電池需經(jīng)過(guò)以下監(jiān)測(cè):利用微電腦蓄電池循環(huán)充放電測(cè)試儀和高低溫交變溫?zé)嵯鋵?duì)蓄電池進(jìn)行循環(huán)充放電檢測(cè),對(duì)蓄電池進(jìn)行容量檢測(cè)、端電電壓監(jiān)測(cè)、自放電試驗(yàn)、溫度適用范圍試驗(yàn)、深度放電試驗(yàn)、電池循環(huán)壽命試驗(yàn)、溫度特性測(cè)試、荷電保持能力測(cè)試、荷電恢復(fù)能力測(cè)試、電池過(guò)充安全檢測(cè)、短路安全檢測(cè)、高溫?cái)R置安全監(jiān)測(cè)等,嚴(yán)格把關(guān)。采用浸水性試驗(yàn)和滲水性試驗(yàn)確保蓄電池艙不進(jìn)水。
(4)光源。規(guī)格型號(hào):太陽(yáng)能路燈光源為高效無(wú)極燈24V/40W×1只,24V/100W×2只 (色溫5000~6000K)。技術(shù)要求:①太陽(yáng)能路燈光源距地面12 m,太陽(yáng)能路燈要求有功率減半功能(前6 h全功率,后半時(shí)段半功率)。②光源要求環(huán)保節(jié)能,亮度高,使用壽命50000 h以上,功率偏差在±3%之內(nèi),燈頭整體防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP65以上。③光源需進(jìn)行9項(xiàng)技術(shù)性能檢測(cè)嚴(yán)格把關(guān):防塵試驗(yàn)、耐候性、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、高低溫濕熱試驗(yàn)、電絕緣實(shí)驗(yàn)、熱老化實(shí)驗(yàn)、沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、耐紫外老化實(shí)驗(yàn),無(wú)變形、粉化、龜裂,反光罩采用真空離子電鍍工藝,提高光源使用效率。
(5)燈桿。規(guī)格型號(hào):太陽(yáng)能路燈光源距地面12 m。技術(shù)要求:太陽(yáng)能路燈燈桿采用優(yōu)質(zhì)Q235A鋼材,下端口直徑為270 mm,厚度為4 mm,整體燈桿采用熱鍍鋅加噴塑的表面處理方式,鍍鋅層厚度在85 μm,噴塑層厚度在150~200 μm之間。塑粉為進(jìn)口優(yōu)質(zhì)戶外塑粉,附著力強(qiáng),不變色,具有優(yōu)良的防腐特性?癸L(fēng)等級(jí)12級(jí),確保燈桿壽命達(dá)到15年以上。
投入成本分析見(jiàn)表2。
其中:28520元/盞是太陽(yáng)能系統(tǒng)成本,3000元/盞是常規(guī)電源輔助的電纜、變壓器等費(fèi)用。
表2投入成本分析
電費(fèi)分析見(jiàn)表3。
表3 電費(fèi)分析
光電互補(bǔ)型比常規(guī)電源方案每年節(jié)約電費(fèi): 240515元,5年可節(jié)約電費(fèi)1202 575元。
光電互補(bǔ)型太陽(yáng)能路燈中,后期維護(hù)主要考慮的是蓄電池的更換,正常蓄電池使用壽命能保證5年左右時(shí)間,每盞燈蓄電池價(jià)格在9000元,320盞總計(jì)需2880 000元,相比節(jié)約的電費(fèi)開(kāi)支,仍然需支出1677 425元。太陽(yáng)能系統(tǒng)能延續(xù)25年使用。
根據(jù)國(guó)家目前火力發(fā)電、燃油發(fā)電的技術(shù)要求:火力發(fā)電為每發(fā)一度電(1 kWh)消耗標(biāo)準(zhǔn)煤360 g,柴油發(fā)電為每發(fā)一度電(1 kWh)消耗標(biāo)柴油230 g。如果使用光電互補(bǔ)型太陽(yáng)能路燈,仰天崗大道一天可節(jié)省市電消耗1276.2kWh,一年可節(jié)省市電消耗465813kWh,換算成火電節(jié)省煤167693 kg;換算成燃油節(jié)省油107137 kg。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,一噸煤燃燒要排放20kgSO2、440kgCO2、15 kg煙塵和260 kg的灰渣。由此可知,一年可減排污染物(以煤電為例):SO2為3354 kg;CO2為73785 kg;煙塵為2515 kg;灰渣為43600kg。
太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)需要科學(xué)、合理,要考慮路燈整體的結(jié)構(gòu),特別是路燈的抗風(fēng)力的計(jì)算以及結(jié)合城市道路設(shè)計(jì)路燈整體的美觀性,只有掌握了使用地的詳細(xì)氣象資源及使用條件,再結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),才能確保太陽(yáng)能路燈能正常工作。
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