光伏照明（通用7篇）
光伏照明 篇1
0 前言
对于21世纪的人类生活而言, 能源问题居于人类生活的十大问题之首, 能源科技成为当今世界重要技术之一[1]。随着煤、石油、天然气等矿产资源的日益匮乏, 以及带来的环境污染日益严重, 使绿色环保的太阳能供电技术变得越来越重要。如今, 照明已成为现代文明社会的一大标志。根据国际能源署的统计, 2005年全球照明用电消耗占到了全球总电能的19% (IEA 2006) [2]。同时世界四分之一的污染是使用液体燃料发电造成的。欧盟建筑耗能占欧盟能源的40%, 对应二氧化碳排放量为40%;美国建筑用能为美国国家用能的三分之一, 电能的三分之二, 水量的八分之一[3];中国照明用电占中国总用电量的13%, 在民用建筑中, 照明用电占整个建筑总用电的20%~30%。从这些数据中可以看出照明节能在整个社会节能中的重要作用, 从而, 促使了节能、环保, 潜力巨大的光伏无线照明系统的产生。
1 光伏无线照明系统
光伏无线照明系统是将光伏发电、无线送电、LED灯具等新型技术相整合而成的一种新型、节能、绿色、环保的照明系统, 它克服了当前世界的能源短缺、环境污染等一系列全球性的问题, 将成为21世纪照明技术发展的新趋势。其主要的工作原理是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能, 并利用刚刚获得技术突破的无线送电技术将电能传给发展相对成熟的LED灯具, 从而实现无线化、节能化的照明。其工作原理图如图1所示。
1.1 光伏发电
太阳能作为一种新兴的绿色能源, 以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点, 受到人们越来越多的重视[5]。在新能源中, 太阳能以其独特的优势显示出其应用的简单、可靠、方便、稳定的特性, 是新能源照明的首选方案。
作为光伏无线照明系统的能量来源, 光伏发电组件在整个系统中起着决定性的作用。现在最常用的光伏组件有两种:单晶硅电池和多晶硅电池。前者的光电转换效率为16%~17%, 后者的光电转换效率为14%~15%。单位面积的情况下, 单晶硅组件的功率稍微高于多晶硅组件, 并且单晶硅组件在弱光下的发电能力高于多晶硅, 而单位功率的价格, 单晶硅组件和多晶硅组件一样, 所以在设计路面照明系统时, 优先考虑选用单晶硅组件。
而作为系统的储能装置超级电容器与蓄电池并用显示了其优良的性能。该组合具有蓄电池的能量密度大、循环寿命长的特点, 同时又具有超级电容器寿命在50年以上, 且不怕过放电的特点, 大大提升出系统的性能, 其工作原理图如图2所示。
1.2 无线供电技术
用无线方式输送电力, 这种想法从19世纪上半叶电磁感应现象被发现之后就已经有了, 近年来国内外许多研究机构和公司的数种无线送电技术经过了验证, , 如美国麻省理工学院、Powercast (电客) 公司等相继研发出了短距离和微距的无线供电技术和产品, 它们有着非常广阔的应用前景。
2007年6月, 美国麻省理工学院完成一项实验, 他们使用两个相距2 m的铜线圈试验装置 (WiTricity) , 成功地通过无线电力传输, 点亮了一个功率为60 W的电灯泡。WiTricity利用的是低频电磁波共振, 而不是声学共振。在实验中, 两个感应器都以IO MHz的频率震动, 产生共振, 让能量在两者之间传递。随着每一次共振, 感应器中会有更高的电压产生。经过产生的多次共振, 感应器表面就会集聚足够的能量, 让灯泡发出光亮[4]。几乎与此同时Powercast (电客) 公司开发出一种崭新的无线电波充电器, 其原理为用一个安装在墙身插头的发送器, 利用900MHz波段, 以及可安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器, 它会把无线电波转化为直流电, 可以在约1 m范围内为不同电子装置的电池充电。2008年2月15日, 一种无需插头与电源线且不直接接触电源就能充电的新型混合动力汽车已在日本投入试运行, 用于东京羽田机场航站楼之间的旅客运输。该汽车利用电磁感应原理及电能变换等技术以无线方式实现充电, 只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给车内的锂离子电池快速充电。该车最高时速为80 km/h, 如果仅使用电力运行, 充电一次可行驶约15 km。
现如今的无线供电技术主要有两种。一是利用低频电磁波共振技术来实现;一是利用无线电波发射与接收技术来实现。低频电磁波共振无线供电技术的主要原理类似于现有的电磁感应供电, 现在研究人员可以利用磁耦合共振原理在2.134 m外点亮一个60 W灯泡。两组磁性线圈在相同的频率下发生共振, 当其中一个线圈连上电源后, 该线圈产生的共振磁场显著增加, 另外一个没有连接电源的线圈的共振磁场也跟着上升, 随后这个线圈就能产生电能。工作原理图如图3所示。
无线电波发射与接收式无线供电技术的主要原理是运用于电源相连接的电磁波发射器, 将电能以电磁波的形式发射出去, 利用特定的波段来传播, 同时用以与负载相连接的电磁波接收器来接收并放大发射的电磁波, 并将其转化为直流电从而实现电能的无线传输。工作原理图如图4所示。
1.3 LED灯具
在如今全球范围内资源短缺, 作为节能环保替代传统照明新光源的研究方向, 得到了各国政府的大力扶持, 纷纷注入大量的资金、人力、物力进行研究和开发白光LED照明光源[6]。LED具有轻巧、寿命长、驱动电压低、体积较小、启动较快、反应速率快、耐震性佳、驱动特性好、易维护等众多优点, 被誉为具有高度节能潜力之新兴光源, 在如今的照明系统中得到了广泛地应用, 在不久将成为照明的新主流。
2 光伏无线照明系统的应用前景
由于现在无线送电技术的不成熟, 还不能实现远距离大功率的无线送电, 但近距离小功率的无线送电发展已初见端倪, 其应用主要体现在于非接触充电技术方面。虽然光伏无线照明系统现在仅仅是一种构想, 但我相信凭其优良的特性、良好的发展前景, 在将来的室内照明系统中得到广大的应用, 并将对室外照明给予革命性的启示。如果光伏无线照明系统得予以实现并应用, 那么它将给其他场所和方式的照明革命性的冲击。例如将其应用于建筑照明, 其不仅仅是避免了大量电线的布置, 节省大量的人力、物力, 同时能够避免建筑工人在工作期间触电的危险, 提高工作人员的安全性, 并且能够大量的节约电源, 减少能源的浪费, 环境的污染, 有助于提高人们的生活、工作环境;由于其使用无线送电技术, 将节省大量的金属资源, 对于应对世界资源短缺起到良好的作用。现今应用无线照明较为成功的是英国伦敦的马丁, 他利用无线技术将自己漂亮、简约的两居室公寓改造成了一个高科技天堂, 在家庭娱乐、安全保障、照明系统上都充分调动了无线解决方案, 从而使他在“无线化”的道路上比其他人走得更远。
3 结束语
照明是现代生活的一环, 全世界都相当重视照明节能的议题, 光伏无线照明系统以其优良的特性将备受人们更多的关注, 我相信随着人类的进步, 科学技术的发展, 其最终将实现, 从而达到照明节能最终目标, 实现人类与自然的和谐发展。
摘要：当今社会, 节能和环保问题关系着人们赖以生存的环境, 如何节约资源, 如何保护生态环境, 已成为人们关注的焦点。世界各国对能源供应安全的担忧和应对气候变化的行动, 促使了光伏无线照明系统的产生。光伏无线照明系统是一种基于光伏发电、无线传输技术、LED照明的新型照明系统, 它采用光伏组件将太阳能转化为电能并通过无线电力传输装置, 向照明LED灯具供应电能, 从而达到了节能、环保的目的。
关键词：光伏发电,无线送电,节能环保
参考文献
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[3]张耀根, 高飞.室内外照明研究动向[J].照明工程学报, 2008, 19 (1) :6～15
[4]靳力.美国实现无线电力传输[J].航天器工程, 2007, 16 (4) .
[5]Duarte J L, Wijntjens J A A, Rozenboom J.Designing lightsources forsolar2poweredsystems[A].Proc5thEuroConfPowerElectronics and Appl.[C].Brighton, UK:IEEE Press, 1993, 8:78-82.
[6]崔元日.浅谈城市照明与节约能源[J].照明视界, 2007 (4)
光伏照明 篇2
【关键词】光伏照明系统；现代城市；能耗；太阳能路灯
随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。同时，也随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。
一、太阳能路灯的优点：
1、市电照明路灯安装复杂：市电照明路灯工程中首先要铺设电缆，需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则需大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本昂贵。太阳能路灯安装简便：太阳能安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定即可。
2、市电照明路灯电费高昂：市电照明路灯工作中需要支付固定高昂的电费，并且需要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能路灯具免电费：太阳能路灯是一次性投入，维护成本低，长期受益。
3、市电照明路灯存在安全隐患：市电照明路灯在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面都会带来诸多安全隐患。 太阳能路灯没有安全隐患：太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势：绿色环保。
综上对比所述，太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。
二、太阳能路灯系统的组成：
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能智能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及支架，系统结构简单，易于安装。
三、太阳能路灯的工作原理：
太阳能路灯是利用太阳能电池板，白天接收太阳辐射能并转化为电能经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当光线逐渐降低，充放电控制器检测到这一值后启动负载工作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电数小时后，充放电控制器检测到光线逐渐增强，天亮了，充放电控制器要求灯头停止工作，蓄电池放电结束，白天继续给蓄电池补充充电。充放电控制器的主要作用是控制路灯打开和关闭，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。
四、太阳能路灯的设计原则：
1、从功能上道路照明系统的主要功能是保证交通安全，提高交通运输效率、保障人身安全、提供舒适环境。
2、在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。
3、另外还要结合当地的光资源情况，当地阴雨天气情况，电池板受灰尘覆盖、温度影响、控制器、蓄电池的各种效率等实情况进行综合考虑。
五、太阳能路灯的设计要求：
1、电池板功率的计算和选用。
2、蓄电池容量、充放电控制和充放电状态显示。
3、连续阴雨天五天路灯仍能照明。
4、光线暗时路灯自动点亮，早上光线强时路灯自动熄灭。
5、系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。
六、太阳能路灯的控制方案选择：
太阳能路灯跟普通路灯控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。
单独的光控型一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启路灯；早上光线较强时，自动关闭路灯，达到自动控制的作用。但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作。
采用时钟控器型的路灯控制器，要预先设定开关时间，使路灯按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。
经纬型（方位角和倾斜角）控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处。目前路灯控制常采用这种控制方式，但其价格较高，在路灯中使用将会增加不必要的成本。
本设计是考虑以上几种控制方式的特点，综合从节电、经济和实用等方面考虑，利用光控时控制结合型，实现太阳能路灯的设计。
七、太阳能路灯的光源的选择：
光源尽量选直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、低压钠灯和LED光源。LED 作为半导体光源，其发展势头强劲，是太阳能路灯最为理想的光源。本设计采用冷光源LED光源，不但节能，反而使用寿命更长。
八、太阳能路灯照明方式的设计：
根据城市道路及与其有关的特殊场所的照明方式分常规照明和高杆照明两种。常规照明有单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、横向悬索布置、和中心对称布置五种基本布灯方式。我们可以选择中心对称布置方式，既节省安装灯架，又节省地基浇筑材料，大大降低了成本。
九、结束语
从国家的主体发展思路来看，我们认为光伏照明系统在现代城市路灯领域里有着很大的发展空间，大量的应用太阳能光伏照明，不仅可以实现节能减排、绿色环保，为国家发展低碳经济做出应有的贡献，同时，也可以提高城市市民的生活品质及城市的整体品位。
参考文献：
[1]吴东威.太阳能LED在景观照明中的科学应用探析[J].科技风，2009年09期.
[2]姚宏，冯卫东，邱望标.太阳能LED路灯控制器设计[J].现代机械，2009年02期.
[3]杨战军.树立绿色 低碳发展理念发展LED路灯照明[A].海峡两岸第十八届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C]，2011年.
[4]徐军，彭咏龙，李亚斌.基于单片机控制的节能型太阳能LED路灯研究[J].电子质量，2008年10期.
太阳能光伏照明工程施工 篇3
一、施工部署方案探讨
1. 进场阶段。
对施工现场进行认真检查, 合理选定材料摆放区、工具存放区及废料堆放区, 有条件的地方设立材料仓库, 便于管理。制定现场作业顺序, 不阻碍其他工程的施工现场, 根据可施工程度合理安排施工人员进场、材料进场及工具进场。
2. 主体阶段。
按工程进度计划, 由项目部组织计划施工。整个工程大体分为太阳能灯具基础定位、浇筑、安装、调试。各阶段的施工存在重叠作业, 施工应合理安排, 相互提供最宽的工作面, 并做好半成品或成品的保护工作, 加强工作中的自检工作, 对发现的不合格产品应及时组织处理, 决不让不合格产品流入下道工序。
3. 试验阶段。质量达到满足业主要求, 功能达到设计使用效果, 外观达到优良水平。
4. 竣工验收。一次性通过相关部门验收, 力争优良标准。
二、施工准备
1. 技术准备。
由技术负责人协助项目有关人员认真学习图纸, 并进行图纸自审、会审工作, 理解设计意图及施工质量标准, 以便正确无误地施工。由施工技术组认真编制工程的施工组织设计, 作为工程施工的指导性文件。
组织施工队伍共同学习施工图纸, 由设计师做技术交底, 提出各项细节问题, 商定施工配合事宜。
2. 材料准备。
根据施工组织设计中的施工计划和施工预算中的工料分析, 编制工程所需材料用量计划, 作好备料、供料工作和确定仓库堆场面积及组织运输的依据。
根据材料需用量计划, 做好材料的申请、订货和采购工作, 使计划得到落实。组织材料按计划进场, 并作好保管工作。
施工材料的发放应制订严格的材料领料管理制度, 做到按需领料、按当日施工量领料, 防止材料出库后造成丢失、损坏和污染。
3. 工期保证措施。
公司成立施工项目部, 实行项目经理负责制, 制订工期控制计划, 按现场指挥部确定的工期进度计划, 每天进行自检, 每周作一次工期分析, 确保施工进度。在确保质量和合理施工顺序的前提下, 必要时组织连续施工, 以充分利用有限时间。
实行工期承包制, 各工种要按下达的施工任务单承包工期, 对提前工期的给予奖励, 对拖延工期的给予处罚。
三、工程质量保证措施
1. 质量体系的建立。
工程开工前, 根据工程的规模、技术含量等因素, 公司应选择业务精、工作责任心强的骨干来担当项目经理、技术负责人、安全负责人、施工员、安全员、材料员、质检员、资料员等工作岗位, 组成强有力的项目领导班子。
实行目标管理, 进行目标分解, 按单位工程、分部工程、分项工程把责任落实到相应的部门和人员。除公司质量监督部门和项目技术负责人, 现场另安排专职质监员跟班作业, 分别对各专业安装工程进行跟踪控制。
2. 质量管理组织措施。
即质量管理分三个层次, 第一层为公司职能部门, 负责工程质量总策划, 从投标前到中标后的过程控制, 最大限度地提供技术支持与管理支持, 以分部工程优良来保证单位工程优良, 负责工程创优计划的制订与实施。第二层次为项目部, 负责创优计划的实施, 确保分项工程优良率, 实施对施工作业层的管理, 控制施工过程质量, 以分项工程优良来保证分部工程优良, 并及时向公司职能部门反馈质量信息。第三层次为施工作业层, 负责工程的施工, 严格按设计和规范要求进行操作, 干好每一道工序, 确保分项工程优良。
施工单位在交工使用后三年内因安装质量引起的质量问题提供保修, 并派专业人员到建设单位回访, 听取用户对工程质量的意见, 为进一步改进施工质量提供依据。
3. 施工过程质量控制。
(1) 技术文件准备。根据公司质量保证手册、程序文件、结合工程的实际情况, 编制施工组织设计及单项施工方案, 编写作业指导书和质量检验计划。
(2) 管理文件准备。编制项目质量保证计划, 明确质量职责, 确定项目创优计划, 制定相应的质量制度。
(3) 图纸会审。在施工前必须进行图纸会审, 找出图纸差错, 提出改进意见, 察看施工手册和条件是否符合, 能否满足设计技术要求, 对关键工序、特殊工序, 如焊接工程等均应制定专门的技术措施和控制办法。
(4) 对材料供应商进行评估和审核。建立合格的供应商名册, 选择与本公司多次合作且信誉可靠的供应商。材料质量是太阳能光伏照明工程施工质量的基础, 材料进场必须有出厂合格证, 对进场原材料的检验应由材料员及试验员负责进行, 材料员负责材料的外观物理性能检验, 试验员负责材料的化学性能检验, 经检验合格后方可留用。
(5) 拟定材料计划。做好材料进场的准备工作, 材料进场后应做好标识, 注明品种、规格、数量、进场日期, 进场原材料应进行分类, 堆整齐、规则, 特殊材料进行专人专处保管。
(6) 合理配备施工机械。根据工程不同工艺特点的技术要求, 选用合格的机械设备, 正确使用、管理和保养, 健全制度, 确保机械设备处于最佳状态, 为提高工程质量创造有利的条件, 保证工程施工进度和工程质量。
(7) 工程竣工交工前必须进行整体功能测试。测试工作由项目技术负责人组织有关人员参加, 测试合格后由项目经理组织对工程进行自检, 自检合格后报公司初验小组进行内部初验, 内部初验合格后报业主, 由监理或业主组织初验, 初验合格报上级主管部门竣工验收。
四、结论与建议
光伏照明 篇4
关键词：独立光伏,LED,照明系统,设计
能源问题和环境问题是关系到人类社会可持续发展的重要问题, 太阳能是取之不尽用之不竭的绿色能源, 太阳能的应用备受关注。独立光伏LED照明系统结合了太阳能发电和LED光源的优势, 实现了最大能效的发挥。基于以上, 本文对独立光伏LED照明系统的设计与实现进行了简要研究。
1系统组成分析
独立光伏LED照明系统工作的过程中, 通过光伏电池阵列来吸收光能, 并将吸收到的光能转换为太阳能, 从而为LED照明提供电力能源。传统的光伏LED照明系统中, LED恒流驱动电路和DC-DC变换电路是相互独立的, 系统有着复杂性、效率低、可靠性低的缺陷, 两个相互独立电路在结构上和原理上有着一定的相似性, 而光伏LED照明系统不会同时进行充电过程和放电过程, 因此可以引入双向变换器, 以此来实现电路的简化, 优化光伏LED照明系统性能, 如果引入的双向变换器只具备单一的降压功能或升压功能, 则势必会对系统的灵活性造成影响, 同时限制了系统的适用范围, 因此可以引入Zeta/Sepic双向变换电路。系统的结构图如图1所示。
在充电电路和放电电路中都采用Zeta/Sepic双向变换, 通过控制器实现在LED负载和光伏电池之间的切换。在充电的过程中, 转换开关切换到光伏电池, 通过Zeta变换器实现蓄电池的充电, 在放电的过程中, 转换开关切换到LED照明负载, 通过Sepic变换器来给LED照明负载供电。
2放电设计
在放电的过程中, 切换控制开关与LED照明负载连接, 蓄电池主要为LED照明负载提供电源, 其等效电路图如图2所示, 蓄电池通过Sepic变换器向LED照明负载的供电。
在电流连流的工作模式下, 主开关管Q2导通, 则蓄电池箱L2储能, 此时C1和L1两条回路处于导通状态, LED照明负载的电能由C2提供;主开关管Q2断开的时候, 蓄电池经过L2、C1、D2之后, 实现向LED照明负载的供电, 此时L2、L1以及C1三条回路处于导通状态。
LED特性曲线有着非线性的特征, 且其对温度十分敏感, 因此在供电的过程中需要采用恒流电源, 以Sepic变换器为基础, 采用电流闭环控制方式, 以此来实现LED照明负载的恒流驱动。将LED驱动芯片为控制芯片, 最好采用使用滞回流模式控制的芯片, 这样就不需要复杂的辅助回路条件来瞬间响应, 从而适合于蓄电池的LED驱动控制。驱动芯片内部有着较为复杂的控制逻辑, 但其管脚相对较少, 只需要在外围合适的选取元件就能够实现对目标的有效控制, 对于使用者来说十分方便。
3调试
充电电路着重研究8:30-17:30时的实验数据, 对典型测试时刻系统采用的充电方式进行记录, 蓄电池初始荷电状态为70%时, 根据充电方式记录数据表明, 充电控制器能够依照控制流程根据蓄电池所处工作状态在MPPT充电、恒压充电以及浮充三种方式之间进行切换, 有效利用了太阳能, 对于延长蓄电池使用寿命有着积极的意义。其调试时刻充电方式记录表如表1。
光伏LED恒流驱动电路设计中, 当蓄电池端电压和环境温度出现变化的时候, 应当保持流过LED支路电流保持恒定, 经过实验测试来看, 蓄电池电压出现升高或降低等变化的时候, 通过示波器能够对流过LED之路电流的变化情况进行观察发现, 其电流几乎为一条直线, 基本没有纹波出现。进一步进行测试, 当环境温度出现变化的时候, 输出电流也没有出现明显的变化, 这说明驱动电路设计有着较好的恒流效果, 同时其抗干扰能力较强。
4结论
综上所述, 本文简要分析了独立光伏LED照明系统的结构, 并从充电实现和放电设计两个方面研究了系统的设计与实现, 旨在为相关研究提供参考。
参考文献
[1]聂晓华, 赵忠凯.独立光伏LED照明系统主电路设计与实现[J].南昌大学学报 (工科版) , 2012, 04:378-381.
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光伏路灯在厂区照明系统中的优势 篇5
关键词：光伏路灯,照明,优势
引言
随着地球上其他能源储量的日益减少, 各种基础能源的开发成本越来越高, 而随之带来的安全和污染问题却越来越多。安全环保的太阳能因而越来越受到重视。这样, 太阳能灯具随着太阳能热水器普及之后应运而生。作为路灯照明的新产品, 太阳能路灯具有很好的节能潜力, 其后期运作成本尤其低廉。太阳能路灯适合美化环境, 用于给道路、厂区照明。太阳能路灯安装时无须开沟埋设电缆, 因而不必挖掘路面或草地, 可以根据需要随处安装, 甚至可以移动位置, 有利于厂区的合理规划和美化。太阳能路灯与传统路灯相比, 节省了变电站和供配电线路建设和维护成本, 且不需要消耗电网电能。太阳能路灯具有以上灵活方便、安全节能的特点, 结合当下节能减排的时代潮流, 其在厂区照明系统中显示出极大的优势。
1 光伏路灯的工作原理
太阳能光伏电池发电工作原理和二极管类似。以晶体硅为例来描述光伏发电原理:在一块硅单晶一边掺入5价元素杂质, 制成N型半导体, 在另一边掺入3价元素杂质, 制成P型半导体, 它们的交界处就形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时, 硅材料吸收光子, 并将能量传递给了硅原子, 使其电子发生了越迁成为自由电子。自由电子在P-N结两侧聚集, 形成电位差。在该电压的作用下, 若外部电路接通, 将会有电流流过外部电路。这样, 通过光伏电池的作用, 光能转化为电能。
太阳能灯具的自动控制一般有定时控制和光敏控制两种。
1.1 定时控制:
利用系统的内部时钟控制路灯的工作时间。到达指定时间路灯开启, 工作到指定时间后路灯关闭。特点是工作时间固定, 但受日照时间长短影响, 可能造成浪费。
1.2 光敏控制:
采用光敏元件控制灯具的开合。光照强度足够时, 路灯关闭, 太阳能电池组件的光伏效应产生电能, 控制器控制蓄电池进行充电;夜晚光线逐渐减弱, 当减到一定程度时, 控制器控制蓄电池结束充电, 并开始放电, 路灯开始工作。
2 光伏路灯的特点与优势
太阳能路灯采用高效单晶硅和多晶硅太阳能电池供电, 采用蓄电池存储电能, 采用高效LED或节能灯照明, 并采用先进的充放电和照明控制电路, 具有性能可靠、发光效率高、亮度大、安装方便的特点。太阳能光伏灯具无需铺设电缆, 不消耗常规电能, 采用直流供电和光敏控制或定时控制, 其用作照明路灯是未来户外照明的发展趋势。作为路灯照明的新产品, 太阳能路灯具有很好的节能潜力, 其后期运作成本尤其低廉。与传统路灯相比, 太阳能光伏路灯有以下几个特点和优势:
2.1 传统照明路灯安装复杂:
在传统照明工程中有复杂的作业程序, 首先要铺设电缆, 这就要进行电缆沟的开挖, 铺设暗管、管内穿线、回填、安装供配电控制箱等大量基础工程, 然后进行长时间的安装调试。如果任何一条线路产生故障, 则要大面积返工, 而且地势和线路情况复杂, 人工和辅助材料的成本高。整个工程投入大量人力物力资源, 且耗时长久。在厂区安装传统路灯, 将可能因施工导致路面损坏, 影响交通效率;同时电网电压较高, 若施工不慎, 会威胁到厂内人员的人身安全。
太阳能路灯安装简便:太阳能路灯由于不消耗电网能量, 每个路灯都是独立的系统。因而安装时, 只要做一个路灯基础, 然后将灯杆固定即可使用, 需要时还可以移动位置, 灵活方便、安全可靠。在厂区安装太阳能路灯不用挖沟埋线, 方便快捷。施工周期短暂, 不破坏路面, 不影响交通, 路灯外置的确定可因地制宜, 易于规划。由于没有电网, 故不会对路过行人构成危险, 安全可靠。
2.2 传统照明路灯维护难:
传统照明路灯消耗电网电能, 而常规电网受天气, 材料老化等影响, 需频繁的对供配电线路、灯具等进行检查和维修。维修难度大, 危险系数高, 由此的产生的大量维修费用。
太阳能路灯没有电网线路和外置控制设备, 其LED光源、蓄电池、控制器等配件寿命较长, 不需要频繁检查和维护。即便出现故障, 不用排查电网线路, 只需对故障路灯进行检修, 修复或更换相关配件。维修简易快捷, 由于太阳能路灯是低压照明, 不会对维修人员和厂区内职工的人身安全产生威胁, 维修成本低。
2.3 传统照明路灯成本高:
传统照明路灯工作中会消耗很高的电能, 以一套250W高压钠灯为例, 其一年消耗常规电能1200度。同时要长期不间断对线路和其他配置进行维护和更换, 消耗大量人力资源, 维护成本会逐年递增。
相比之下, 太阳能路灯不消耗常规能源, 不用建设供配电线路和变电站等设备, 节省了大量的人力物力资源, 对环境无污染无破坏。除了安装时的费用, 太阳能路灯每年只需支出少量的维护费用。同时中国的日照条件良好, 太阳能资源丰富, 极适合太阳能路灯的推广和发展。
在厂区照明系统若采用常规路灯, 挖沟埋线等作业会严重影响厂内交通效率, 进而影响到工厂的生产效率;而架设电网难度大, 且容易对施工人员和路过行人产生触电危险。安装完成后, 电网因天气原因极易产生故障, 且一条线路的故障, 将造成多个路灯无法使用, 对厂内职工的生产生活带来不利影响。由于常规路灯连接在复杂的电网上, 故障排查困难, 并造成高额的维修成本。此外, 每年还会产生大量的电费支出。
而太阳能路灯则不会产生上述问题。一个光伏路灯就是一个完全独立的系统, 可随处安置, 甚至可在需要时移动。安装时施工简易快捷, 不用破土动工, 也不会对厂内的生产生活产生影响。光伏路灯配件经久耐用, 出现故障, 只需对单个故障路灯进行排查, 并修复故障配件即可。维修方便, 成本低。除极端情况, 光伏路灯一般不会大面积出现问题, 所以可以使厂区内的照明维持在一个良好的水平, 夜间厂内的生产和生活得到保障。光伏路灯在低压下工作, 不会有触电危险。另外, 光伏路灯采用清洁无污染的太阳能, 既不会产生电费, 而且不会消耗其他常规能源。就目前资源紧缺和环境污染的状况来看, 太阳能路灯必在厂区照明系统中体现出压倒性的优势。
随着人类社会的高速发展, 能源与环境的问题日益突出。太阳能路灯将以安全、环保、节能等优势取代传统路灯, 成为厂区道路照明主要设施。为了顺应"节能减排"的时代潮流, 响应我国的"绿色照明工程", 越来越多的节能技术和绿色环保产品相继问世。其中, 利用风能和太阳能资源互补性的风光互补新型能源发电系统, 具有较高性价比和很好的应用前景。目前, 有关风光互补发电系统的技术正在突发猛进, 风光互补路灯已经被推广全国各地, 并且成效显著。相信随着科学技术的进步与成熟, 太阳能路灯将体现出更多的优势和更广阔的发展前途。
3 结束语
3.1 本文针对目前国内太阳能技术的发展状况, 论述了太阳能
路灯的工作原理及控制特点, 分析了其照明系统的特点与优势, 为后续的太阳能技术应用起到了很好的指导作用, 具有一定的理论价值和实用价值。
3.2 光伏路灯使用清洁无污染的太阳能作为能源, 绿色环保, 成
光伏照明 篇6
独立光伏照明系统主要由四部分组成:光伏电池组件、充电器、蓄电池和照明灯具, 存在的主要问题是光伏电池效率的提高和蓄电池使用寿命的延长。针对以上两个问题, 本文提出一种用于独立光伏照明系统的蓄电池充电控制策略, 结合MPPT算法和蓄电池分段充电方法, 能兼顾光伏电池的效率和蓄电池的寿命, 实现了独立光伏照明系统的优化控制。
1 独立光伏照明系统的组成
独立光伏照明系统主要由四部分组成:光伏电池组件、充电器、蓄电池和照明灯具, 如图1 所示。
根据CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》的照明强度要求, 并满足如下照明时间指标:路灯每天工作8小时, 如遇阴雨天气, 至少连续照明4天。综合考虑成本、效率和可靠性, 系统配置为24V/36W白光LED灯照明, 170Wp光伏电池板, 100Ah12V 4节铅酸免维护电池。
2 光伏电池最大功率点跟踪
光伏电池输出特性为非线性, 且易受外界光照强度、温度和负载阻抗的影响, 其中光照强度和温度属外部环境, 是无法控制的。由图2可知, 光伏电池的输出特性随着外界光照强度和温度的变化而变化, 但在一定的光照强度和温度的条件下, 光伏电池总存在一个最大功率点。因此, 为了提高光伏电池的效率, 需要在外界光照强度和温度变化的过程中, 通过改变负载阻抗的方法来实时地控制光伏电池始终工作在最大功率点。
采用扰动观察法实现光伏电池的最大功率点跟踪。先对光伏电池的输出电压和电流进行连续的采样, 第k次采样的光伏电池输出电压和电流分别为Up (k) 、Ip (k) , 计算它们的乘积P (k) 即为当前功率, 然后减去上一次的功率P (k-1) , 得到功率差△P, 如果△P=0, 则不进行扰动;如果△P>0, 则说明扰动使功率向着增大的方向变化, 所以继续保持原有的扰动△U方向不变;如果△P<0, 则说明扰动使功率向着减小的方向变化, 则说明扰动的方向是错误的, 所以需要改变扰动△U的方向, 使△U=-△U, 然后将扰动△U加在电压基准Upref (k) 上, 即至此完成一次扰动。再将本次采样的Up (k) 、Ip (k) 、P (k) 作为基准, 继续扰动, 直到系统跟踪到光伏电池的最大功率点为止。
扰动观察法的优点是:跟踪准确, 光伏电池转换效率较高, 采样精度要求低, 较易实现。
3 蓄电池充电控制策略
在独立光伏照明系统中, 光伏电池本身的非线性等因素的影响, 传统的充电方法不再适用, 需要设计一种适用于独立光伏照明系统的充电策略。
为了充分的利用太阳能, 同时兼顾蓄电池的使用寿命, 本文设计了由最大功率充电、恒压充电和浮充所构成的三阶段充电方法, 如图3所示。
(1) 最大功率充电:由于蓄电池的电流接受能力较强, 可以只考虑光伏电池最大功率的实现, 近似于恒流充电。充电过程中, 电路检测蓄电池端电压Ub。当蓄电池端电压上升到设定的门限值时, 进入恒压充电。
(2) 恒压充电:以一个较高的电压给蓄电池充电, 同时检测充电电流Ib, 起到保护蓄电池的作用。当充电电流下降到门限值时, 认为蓄电池电量已充满, 充电进入浮充阶段。
(3) 浮充:为了弥补蓄电池的自放电, 以一个比恒压充电电压稍小的基准电压对蓄电池进行充电。
4 仿真验证
统中蓄电池充电控制策略的设计后, 采用Saber软件进行了仿真验证。仿真时, 由于蓄电池充电时间太长, 且恒压充电和浮充均是以恒定电压为蓄电池充电的, 因此只对最大功率充电和恒压充电进行了仿真验证。在Saber中搭建了独立光伏照明系统蓄电池两阶段充电的电路原理图, 如图4所示。
蓄电池充电仿真波形如图5所示, 可知系统在7ms处跟踪到最大功率点并以最大功率给蓄电池充电, 直到19ms时充电电压达到57V, 充电电路切换成57V恒压充电, 系统不再进行最大功率点跟踪。由图5 (a) 和图5 (b) 可以看出, 第一阶段充电近似恒流充电, 第二阶段为恒压充电, 说明这种充电策略确实能够兼顾光伏电池的效率和蓄电池的性能和使用寿命。
结论
本文研究一种独立光伏照明系统中的蓄电池充电控制策略。采用扰动观察法跟踪最大功率点, 软硬件简单, 容易实现。其核心是采用分段的蓄电池充电方法, 最大功率充电阶段能够充分利用光伏电池, 近似恒流充电, 充电速度快, 恒压充电阶段能够保护蓄电池在充电过程中不受损坏, 延长其使用寿命, 浮充阶段能够弥补蓄电池的自放电。最后通过Saber软件仿真验证了该系统蓄电池充电控制策略的有效性。
摘要：本文分析了独立光伏照明系统的组成, 并研究了其控制策略, 本文提出一种用于独立光伏照明系统的蓄电池充电控制策略, 结合MPPT算法和蓄电池分段充电方法, 能兼顾光伏电池的效率和蓄电池的寿命, 实现了独立光伏照明系统的优化控制。通过Saber软件进行仿真验证, 证明了理论的有效性和可行性。
关键词：太阳能照明系统,最大功率点跟踪 (MPPT) ,蓄电池充电
参考文献
[1]杨金焕, 陈中华.21世纪太阳能发电的展望.上海电力学院学报.2001, 17 (4) :23-28.
[2]金步平, 陈哲良.太阳能与照明[J].新能源及工艺.2001, 3:7-10.
[3]成志秀, 王晓丽.太阳能光伏电池综述[J].信息记录材料.2007, 8 (2) :41-47.
[4]江小涛, 吴麟章, 周明杰.太阳电池最大功率点跟踪研究.武汉科技学院学报.2005年, 18卷 (第4期) :43～46.
[5]张化德.太阳能光伏发电系统的研究.[D].济南:山东大学.2007年
光伏照明 篇7
关键词：供热站,太阳能,光伏照明,应用,节能
克拉玛依油田太阳能资源丰富, 平均年照时数为2705.6h, 在克拉玛依油田六九区选择一座热采供热站, 开展太阳能照明工业应用试验研究, 根据该站的实际情况和用电负荷, 设计建成一座独立运行的3.4kWp离网光伏发电系统。
1 太阳能光伏发电系统的构成
该照明项目包括发电太阳能发电系统、储能系统、照明系统三部分。
(1) 系统基本构成。本系统采用固定式3.4kW太阳能离网发电, 包括5个680Wp方阵、1台5kW太阳能离网控制逆变一体机, 输出220V单相交流电, 固定式3.4kWp。
(2) 离网照明系统。太阳电池组件标称总容量3.4kW;光伏阵列采用固定式安装, 总占地面积约117m2;照明系统包括庭院灯和室内节能灯。
(3) 技术方案方案。3.4kWp发电单元, 可直接为蓄电池充电;太阳能电力和保障电源之间可以无缝切换;蓄电池能够储能;改造后照明线路独立于动力线之外, 且灯具采用节能灯。
2 太阳能光伏发电系统的设计安装
2.1 供热站负载用电量估算
该供热站照明系统有灯具112盏, 总功率12300W, 平均日用电78°。光伏发电系统用于工业照明及值班室生活用电等, 采用23W高效节能灯, 根据实践设计经验, 在相同照明度的情况下, 运用太阳能照明系统的用电负荷约为市电负荷的1/10~1/5, 现照明系统平均日用电78°, 则太阳能照明系统平均日用电约9°。
2.2 电池方阵设计
太阳能电池是直接将太阳能转换成电能的关键部分。单晶硅光伏电池组件的光电转换效率达到14%以上, 研究确定太阳能光伏系统电池的功率总容量为3.4kWp。电池选用170Wp单晶硅太阳电池组件, 共20块。峰值功率170Wp, 额定工作电压35.2V, 额定工作电流4.65A, 使用温度范围-40℃~+85℃, 抗风压强2400Pa, 组件使用寿命25年。
2.3 方阵方位角和倾角
试验供热站所在纬度为45°, 为冬季发电量的需求, 太阳能电池板倾角在当地纬度基础上增加5°, 取50°, 且正南方向设置。
2.4 蓄电池容量
系统中蓄电池容量最佳值的确定, 必须综合考虑太阳能电池方阵电量、负荷容量及逆变器的效率等。蓄电池容量的计算如下, 通过式 (1) 算出。
式中:C为蓄电池容量, kWh;D为最长无日照期间用电天数, d;F为蓄电池放电效率的修正系数 (通常取1.05) ;0P为平均负荷容量, kW;L为蓄电池的维修保养率 (通常取0.95) ;U为蓄电池的放电深度 (通常取0.9) ;Ka为包括逆变器等交流回路的损耗率 (通常取0.9) 。
这里D一般取3d, 0P根据负载用电量估算为9°, 则C=36.84kWh。设蓄电池工作电压为48V, 得到蓄电池的容量为768Ah。综合考虑选择容量为800Ah的铅蓄电池, 24只串联成48V/800Ah的储能蓄电池组。
2.5 控制器与逆变器的选择
控制器是光伏系统中最主要的, 系统最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据, 选用铅蓄电池组为48V/800Ah的电池组, 工业照明采用220V/50Hz。因此选择容量为5kVA, 额定输出电压为200V, 额定输出频率为50Hz的太阳能离网控制逆变一体机。
2.6 安全防护
光伏阵列支架本身是金属导体, 与独立的接地系统可靠连接, 在配电柜中安装标准的光伏防雷模块。场地建筑物及变电站安装避雷针, 各电池组支架安装小避雷针。电网线路的直流侧与交流侧使用不同容量和电压等级的避雷器等。克拉玛依油田地处干旱的戈壁滩, 土层电阻率较高, 系统接地保护采取多种措施降低接地电阻, 适当的防寒保温防风沙能力。
2.7 照明灯具、电缆的选择
照明系统全部采用节能灯具, 其中庭院灯采用35W的高效LED灯, 型号为ESL-ES-35, 共8盏;室内照明采用23W的高效节能灯, 型号为ESL-ES-23, 共140盏。
该太阳能照明系统采用电缆有两种:6m2的2芯电缆和16m2粗电缆。从太阳能电池板至配电控制室采用16m2粗电缆, 共110m。其余采用6m2的2芯电缆, 共1300m。
3 应用效果分析
3.1 测试分析
依据标准GB9467-88《室内灯具光度测试》、GB9468-88《道路照明灯具光度测试》进行。分别在灯具正常照明、灯具全部开启满负荷照明及该系统运行24个小时用电量三种工况下进行电参数测试。
在正常照明工况下, 平均消耗0.712kW;在全启照明工况下, 平均消耗1.534kW;系统运行24个小时, 平均消耗电量为10.162kWh;4个室及路灯的光照强度分别:14.8、14.0、149.4、20.2、8.0。测试表明, 应用太阳能照明系统, 不仅实现了供热站夜间照明, 而且用电负荷降为原来的1/10。
3.2 效益分析
使用太阳能照明系统后, 日耗电量从78°降为8°, 按0.776元/度电计算, 供热站年可节省电费2.179万元。
该太阳能照明系统按正常寿命25年运行, 将减少标准煤消耗28.47t, 减排CO28 9.6 8 t, 减排N O x 0.6 4 t/年, 减排S 0x0.348 8t。
4 结论与建议
(1) 在油田领域应用太阳能供电系统能够满足照明用电需求, 是可靠的。
(2) 光伏发电技术已经成熟, 其目前成本将随着市场规模的增大而快速下降, 而煤炭、石化等不可再生资源发电成本不断增长, 不失时机地建设光伏发电系统具有重要意义。
(3) 采用“集中安装建设, 多支路应用”技术方案易于操作, 能够提高系统的安全性和可靠性。
参考文献
[1]工业企业照明设计标准, GB50034—92[S].
[2]城市道路照明设计标准, CJJ45—94[S].
[3]室内灯具光度测试, GB9467-88[S].