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1、浅析大型太阳能路灯亮化工程设计与技术经济分析一、太阳能项目背景目前，我国太阳能光伏发电生产能力已跃居世界第一，而国际太阳能产量是应用需求量 2 倍，产能过剩是光伏发电行业最大问题。太阳能光伏发电利用主要有两种技术途径，分别为离网光伏发电和并网光伏发电两大类；离网光伏发电又包括太阳能路灯、太阳能庭院灯、风光互补路灯、太阳能交通信号灯等。太阳能照明由于采用先进到光源、独特数码控制和成熟储能技术系统集成技术外加安装的方便性，其应用性能价格比是目前所有光伏应用系统最具有优势的产品。于 2007 年 4 月 在 辽 宁 省 北 票 市 试 点 项 目 实 施 ， 主 要 针 对 北 票 市 21 条 主
2、要 路 段 及 公 园 、 广 场 进 行 太 阳 能 路 灯 亮 化 ， 全 长 60.13 公 里 ， 总 共 安 装 了2037 基 杆 ， 包 括 太 阳 能 路 灯 ， 太 阳 能 庭 院 灯 ， 太 阳 能 独 立 光 伏 电 站 （ 集 中 供电 控 制 ） 等 。 合 同 额 2284 万 元 ， 太 阳 能 电 池 组 件 总 发 电 峰 值 功 率 为 22 万瓦 。 于 2007 年 4 月 开 工 ， 2008 年 初 竣 工 。 该 项 目 简 称 为 “北 票 百 年 矿 区太 阳 能 路 灯 亮 化 工 程 ”已 被 国 家 建 设 部 、 财 政 部 评 为 国
3、 家 级 建 筑 节 能 示 范 项目 ， 中 央 财 政 补 贴 1366 万 元 。迄 今 为 止 ， 此 项 目 为 东 北 三 省 首 个 大 型 太 阳 能 路 灯 城 市 亮 化 工 程 。 通 过这 个 平 台 可 以 进 行 太 阳 能 路 灯 充 放 电 控 制 器 的 研 制 、 蓄 电 池 组 直 埋 方 式 、 太阳 能 路 灯 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 等 课 题 的 研 究 ， 对 拓 展 太 阳 能 资 源 综 合 开 发利 用 ， 提 高 辽 宁 省 太 阳 能 光 伏 产 业 的 技 术 水 平 ， 为 太 阳 能 光 伏 发 电 技 术 在 辽
4、宁 省 发 展 应 用 起 到 积 极 良 好 的 示 范 作 用 。 同 时 太 阳 能 路 灯 照 明 技 术 的 应 用 可以 带 动 辽 宁 省 其 他 相 关 产 业 的 发 展 并 促 进 地 方 相 关 产 业 的 兴 起 ， 并 将 进 一 步推 动 辽 宁 省 太 阳 能 光 伏 产 业 链 的 形 成 和 发 展 ， 具 有 深 远 的 意 义 。二 、 项 目 地 理 环 境北票地 处 东 经 12015 至 12118 ， 北 纬 4123 至 4217 之 间 。属于温带大陆性季风气候区。北部受蒙古高原高压影响较大，气候大陆性显著。境东南部距渤海不到百公里，但受燕山山
5、脉阻隔，南来暖湿气流不能顺入境内，所以形成半干旱半湿润的易旱地区。主要气候特点是一年四季雨热同期，日照充足、温度日差较大、降水偏少。一年之中春季少雨多风，夏季高温多雨，秋季雨热骤减，气爽天高，冬季干冷少雪，多西北风。北票平均年日照时数为 28617 小时，日照率 65。全县光能条件优越，属全省高值区。太阳辐射年平均总量 140.4 千卡cm，49 月间总辐射量为911 千卡cm，占全年总辐射量 65。在总辐射量中，生理辐射占 49，年值为 689 千卡cm；4-6 月份生理辐射 44.64 千卡cm，占全年生理总量的 64.7。三 、 太 阳 能 路 灯 照 明 系 统 参 考 标 准由 于
6、太 阳 能 路 灯 照 明 系 统 国 家 没 有 出 台 正 式 的 相 关 标 准 ， 所 以 以 下 部 分 标准 本 项 目 只 能 以 现 有 国 家 标 准 及 行 业 标 准 作 为 参 考 与 借 鉴 。1、 太 阳 能 光 伏 照 明 技 术 规 程 DB21/T 168520082、陆地用太阳电池组件总规范GB/T14007-923、太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范CECS85-964、 城 市 道 路 照 明 设 计 标 准 CJJ45-20065、 城 市 道 路 照 明 工 程 施 工 及 验 收 规 程 CJJ89-2001四 、 太 阳 能 路 灯 照
7、明 系 统 优 化 设 计4.1 太阳能路灯照明系统优化配置太阳能路灯系统主要由太阳能电池组件、组件支架 、光源、太阳能充放电控制器、蓄电池（铅酸电池或胶体电池）、灯杆（含灯具）、导线等几部分组成。太阳能路灯照明系统主要利用太阳电池的光生伏特效应原理，白天太阳能电池板吸收太阳能光子能量产生电能，通过充放电控制器储存在蓄电池里，夜晚当照度逐渐降低一定程度、太阳能电池板开路电压降低到预设值后，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电预设定时间后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。 采取目前国际上流行的“全年均衡冬半年最大” 的接收太阳能辐
8、射量的光伏系统设计原则，即根据蓄电池组件均衡充电的要求，以夏半年和冬半年在组件面上的日辐射量相等，但同时还要使组件上冬半年的日辐射量尽量达到最大值，从而增加组件在太阳辐射强度较弱月份的发电量原则，来确定太阳能电池组件面的最佳倾角及其最佳发电电流值,同时统计出全年累计最大的连续亏欠电量,结合适当的蓄电池组件放电深度,确定出组件和蓄电池组件的合理搭配容量。设计方法首先根据各向异性的天空辐射模型，计算出在纬度为 处，倾角为 的斜面上的太阳辐射量 HT 。在实际应用时，可在当地纬度的-20+30范围内分别算出夏半年和冬半年的平均日辐射量 H1 和 H2，然后根据上述原则，确定当地的最佳倾角及各月平均日
9、辐射量。4.2 太阳能路灯照明系统配件选型与配置计算下面简单介绍本项目太阳能路灯系统配件计算方法：本项目太阳能路灯照明系统电压为 24V。（一）太阳能电池组件容量计算具体配置计算公式如下:P=发光光源功率（P1）发光光源工作时间（T）平均峰值日照系数（1.51.8）平均峰值日照时间其中 P太阳能电池组件功率，单位：瓦（W）；P1发光光源实际输出功率，单位：瓦（W）；T发光光源（纳米陶瓷灯）实际亮灯时间，单位：小时（T）；平均日照时间根据该安装地区过去 1020 年逐月太阳能总辐射量、直接辐射量及散辐射量的平均值作为依据。北票地区平均峰值日照时间取 4.5 小时。（二）蓄电池容量计算具体配置计算
10、公式如下：蓄电池容量=发光光源功率（P1）发光光源每天工作时间（T）该地区连续阴雨天数（蓄电池放电深度系统电压）其中蓄电池容量单位：安时（AH）；P1发光光源（纳米陶瓷灯）实际输出功率，单位：瓦（W）；T发光光源（纳米陶瓷灯）实际亮灯时间，单位：小时（T）；地区连续阴雨天数采用 3 天5 天；蓄电池放电深度一般取 0.60.7;以上计算过程中各个参数需要结合实际需要进行简单修正，以达到整个系统配置合理。（三）太阳能充放电控制器本项目采用了自主研发的新一代智能型太阳能充放电控制器，采用工业级产品可靠性设计，具有超强稳定性和极高的使用寿命，该控制器采用了目前先进PWM 脉宽调制恒压充电技术、最大功
11、率点跟踪智能充电、12V24V 电压自动识别、自动判断并可执行维护、输出电流根据负载情况而变化、自动恢复、温度补偿等功能，同时还为蓄电池提供了更多的保护装置。具体包括过充、过放、反接、过载、短路、雷击保护等。系统根据蓄电池充电状态自动地进行科学精确的计算，并显示相应的测量值，可自动识别蓄电池的工作年限及容量，新型的多功能控制器比传统的控制系统更为有效，控制器附带的电子保险为用户提供了更为简易的操作。五、太阳能路灯照明系统技术经济分析(一)北票太阳能路灯技术的先进性与可靠性国内外太阳能路灯技术先进性与可靠性对比表类别 国际 国内 本项目技术 本项目技术先进性和可靠性太阳能电池组件单晶硅、多晶硅太
12、阳能电池组件，绒面玻璃，EVA、TPT封装技术，太阳能光电转换率为 15以上单晶硅、多晶硅太阳能电池组件，平面玻璃、绒面玻璃，太阳能光电转换率为1315采用单晶硅与多晶硅及其相结合技术、绒面玻璃、3M背板封装材料技术，太阳能光电转换率15以上达到了国际先进水平，增强了弱光发电（阴天发电）效果，提高系统阴天发电效果及系统的可靠性 （二）太阳能路灯技术与电力路灯对比经济分析北票安装的太阳能路灯包括 4 米、6 米、8 米、10 米四种规格。下面就以10 米高太阳能路灯的经济分析为例。10 米高太阳能路灯与普通电力技术经济对比表类型类别普通电力路灯 太阳能路灯配置 150W 钠灯 太阳能电池板 12
13、0W/17V、胶体蓄电池2*65AH/12V，36W/12V 固体灯 10H/day,3 个连阴天正常工作，午夜 12 点前全功率，蓄电池采用胶体、铅酸蓄电池、存放在地面铁皮箱内采用铅酸蓄电池、存放在地面铁皮箱内采用胶体蓄电池、冻土层以下地埋专利技术、PVC 板密封箱技术1、胶体蓄电池在高温 75、低温-40时都能正常工作 2、胶体蓄电池充电效率高。3、在使用过程中，无电解液和腐蚀性气体泄露，对设备无污染。不会腐蚀物品，不会污染环境，自放电小，工作寿命长是普通铅酸蓄电池寿命的 2 倍以上。控制器电压型 2 阶段充电管理模式电压型、直充 恒流型 PWM 智能三减一阶段充电管理专利技术,半功率功能
14、提高蓄电池的充电效率 1020，与胶体蓄电池配合使用使蓄电池的使用寿命在 10 年以上灯头直流低压钠灯(启动电流大持续时间长显色性差 15)、节能灯 5000h无极灯（光效70lm/W,工作频率几百 MHz）、直流低压钠灯(启动电流大持续时间长显色性差 15)、直流节能灯寿命低纳米陶瓷发光体，采用真空荧光放大器、管壁涂有纳米铝涂层等多项技术采用 T5.5 灯管提高发光体的亮度光效 100lm/W、采用真空防尘技术及纳迷铝涂层技术减少光衰，使用 10 年光衰控制在 20以内。采用纳米陶瓷灯丝技术发光体寿命在 3 万小时以上，通过采用稀土三基色涂层技术显色指数达到 80 以上 灯杆热镀、冷镀 热镀
15、、冷镀 内外热镀锌、厚度比普通灯杆厚 12mm提高了灯杆的抗风能力午夜 12 点后半功率成本 9000 元 11213 元维护 运行 20 年，每两年更换一次发光体运行 20 年，8-10 年更换一次蓄电池；8-10 年更换一次发光体；1012 年更换一次控制器；能源消耗与运行费用每年消耗 913 度电，需要花费电费 710 元，运行 20 年维护费用 3000 元每年消耗 0 度电，花费电费0 元，运行 20 年维护费用1800 元根据可再生能源的技术经济学的有关评价原理Financial Evaluation of Renewable Energy Technologies,T.C Kan
16、dpal H.P Garg,2003，结合不同地点太阳能光伏发电系统的性能特点并考虑到各种因素的影响，采用太阳能光伏发电系统与普通电力系统相比对的方法,以项目净现值(Net Present ValueNPV)和动态投资回收期(Discounted Payback Periodn dp)两个指标对太阳能光伏发电系统进行技术经济评价和分析。1、太阳能光伏发电系统收益(节电费用)分析由太阳能光伏发电系统的特点可知，太阳能光伏发电系统的整体使用寿命可达到 20-25 年。太阳能光伏发电系统总成本包括初始设备费，蓄电池和照明灯具的更新费等，由于太阳能光伏发电系统可靠性高,又不消耗常规能源,每年的维修费和运行费基本为零,可以不必考虑。根据目前非居民用电电价 0.776 元/kWh，及其中国电价和电力发展研究课题组的最新研究结论，无论从宏观经济运行，还是从行业发展来看，电价水平还
