浅析大型太阳能路灯亮化工程设计与技术经济分析doc.docx

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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，产能多余是光伏发电行业最大问题。

太阳能光伏发电利用要紧有两种技术途径，别离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。

       太阳能照明由于采纳先进到光源、独特数码操纵和成熟储能技术系统集成技术外加安装的方便性，其应用性能价钱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，要紧针对北票市21条要紧路段及公园、广场进行太阳能路灯亮化，全长千米，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（集中供电操纵）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月动工，2020年初完工。

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、财政部评为国家级建筑节能示范项目，中央财政补助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。

通过那个平台能够进行太阳能路灯充放电操纵器的研制、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宁省进展应用起到踊跃良好的示范作用。

同时太阳能路灯照明技术的应用能够带动辽宁省其他相关产业的进展并增进地址相关产业的兴起，并将进一步推动辽宁省太阳能光伏产业链的形成和进展，具有深远的意义。

二、项目地理环境

北票地处东经120°15′至121°18′，北纬41°23′至42°17′之间。

属于温带大陆性季风气候区。

北部受蒙古高原高压阻碍较大，气候大陆性显著。

境东南部距渤海不到百千米，但受燕山山脉阻隔，南来暖湿气流不能顺入境内，因此形成半干旱半湿润的易旱地域。

要紧气候特点是一年四季雨热同期，日照充沛、温度日差较大、降水偏少。

一年当中春天少雨多风，夏日高温多雨，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2861．7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千卡／cm²，4～9月间总辐射量为91．1千卡／cm²，占全年总辐射量65％。

在总辐射量中，生理辐射占49％，年值为68．9千卡／cm²；4-6月份生理辐射千卡／cm²，占全年生理总量的％。

三、太阳能路灯照明系统参考标准

 由于太阳能路灯照明系统国家没有出台正式的相关标准，因此以下部份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。

一、《太阳能光伏照明技术规程》DB21/T1685—2020

二、《陆地用太阳电池组件总标准》GB/T14007-92

3、《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术标准》CECS85-96

4、《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006

五、《城市道路照明工程施工及验收规程》CJJ89-2001

四、太阳能路灯照明系统优化设计

太阳能路灯照明系统优化配置

太阳能路灯系统要紧由太阳能电池组件、组件支架、光源、太阳能充放电操纵器、蓄电池（铅酸电池或胶体电池）、灯杆（含灯具）、导线等几部份组成。

太阳能路灯照明系统要紧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，通过充放电操纵器贮存在蓄电池里，夜晚当照度慢慢降低必然程度、太阳能电池板开路电压降低到预设值后，充放电操纵器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。

蓄电池放电预设按时刻后，充放电操纵器动作，蓄电池放电终止。

充放电操纵器的要紧作用是爱惜蓄电池。

采取目前国际上流行的“全年均衡冬半年最大”的接收太阳能辐射量的光伏系统设计原那么，即依照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可能达到最大值，从而增加组件在太阳辐射强度较弱月份的发电量原那么，来确信太阳能电池组件面的最正确倾角及其最正确发电电流值,同时统计出全年累计最大的持续亏欠电量,结适合当的蓄电池组件放电深度,确信出组件和蓄电池组件的合理搭配容量。

设计方式第一依照各向异性的天空辐射模型，计算出在纬度为ф处，倾角为β的斜面上的太阳辐射量HT。

在实际应历时，可在本地纬度的-20°~+30°范围内别离算出夏半年和冬半年的平均日辐射量H1和H2，然后依照上述原那么，确信本地的最正确倾角及各月平均日辐射量。

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式：

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）×发光光源工作时刻（T）×平均峰值日照系数（—）÷平均峰值日照时刻

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）实际亮灯时刻，单位：

小时（T）；

平均日照时刻依照该安装地域过去10～20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。

北票地域平均峰值日照时刻取小时。

（二）蓄电池容量计算

具体配置计算公式如下：

蓄电池容量=发光光源功率（P1）×发光光源天天工作时刻（T）×该地域持续阴雨天数÷（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）实际亮灯时刻，单位：

小时（T）；

地域持续阴雨天数—采纳3天~5天；

蓄电池放电深度—一样取~;

以上计算进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）太阳能充放电操纵器

本项目采纳了自主研发的新一代智能型太阳能充放电操纵器，采纳工业级产品靠得住性设计，具有超强稳固性和极高的利用寿命，该操纵器采纳了目前先进PWM脉宽调制恒压充电技术、最大功率点跟踪智能充电、12V\24V电压自动识别、自动判定并可执行保护、输出电流依照负载情形而转变、自动恢复、温度补偿等功能，同时还为蓄电池提供了更多的爱惜装置。

具体包括过充、过放、反接、过载、短路、雷击爱惜等。

系统依照蓄电池充电状态自动地进行科学精准的计算，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，新型的多功能操纵器比传统的操纵系统更为有效，操纵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靠得住性

国内外太阳能路灯技术先进性与靠得住性对照表

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13～15％

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

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

提高蓄电池的充电效率10～20％，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、冷镀

内外热镀锌、厚度比普通灯杆厚1～2mm

提高了灯杆的抗风能力

（二）太阳能路灯技术与电力路灯对照经济分析

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米高太阳能路灯与一般电力技术经济对照表

　　　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120W/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，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；10－12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

依照可再生能源的技术经济学的有关评判原理《FinancialEvaluationofRenewableEnergyTechnologies》,KandpalGarg,2003，结合不同地址太阳能光伏发电系统的性能特点并考虑到各类因素的阻碍，采纳太阳能光伏发电系统与一般电力系统相较对的方式,以项目净现值（NetPresentValue—NPV）和动态投资回收期（DiscountedPaybackPeriod—ndp）两个指标对太阳能光伏发电系统进行技术经济评判和分析。

一、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利用寿命可达到20-25年。

太阳能光伏发电系统总本钱包括初始设备费，蓄电池和照明灯具的更新费等，由于太阳能光伏发电系统靠得住性高,又不消耗常规能源,每一年的维修费和运行费大体为零,能够没必要考虑。

依照目前非居民用电电价元/kWh，及其《中国电价和电力进展研究》课题组的最新研究结论，不管从宏观经济运行，仍是从行业进展来看，电价水平还有必然的调升空间；适

当调整电价水平及其结构，不仅可不能致使价钱总水平的显著上涨，而且还会有利于产业结构的优化升级。

通过复杂的公式测算，目前中国的经济和社会状况能够经受的电价水平的合理上涨系数是每一年元/千瓦时。

按太阳能光伏发电系统20年运行周期计算，同时考虑社会利率及电价上涨因数，进行经济技术分析，节约的电费现值别离计算如下：

通过统计可知；太阳能光伏发电系统每一年整体功率为KW，

年节约的电费A=kWh*元/kWh=139万元,以后每一年节约的电费除A还有个对应电价上调剂约的增加额G=×kWh*元/kWh=万元；别离利用等额收付（UniformSeriesPresentWorthFactor）和递增等差收付序列（PresentWorthFactoroftheUniformGradientSeries）现值计算公式，太阳能光伏发电系统20年节约电费现值P：

=139×+＝（万元）

二、太阳能光伏发电系统寿命期净现值的计算

太阳能为非商品能源，其价值不能直接确信，只能用能源替代的方式来计算。

按本地太阳能光伏发电系统等流敞亮度的电力利用本钱的标准来计算太阳能光伏发电系统的年收益。

通过计算，太阳能光伏发电系统的年收益（即太阳能光伏发电系统每一年可节约电费）：

A＝×=（万元/年）

与一般发电系统相较对的太阳能光伏发电系统的初始投资C0=5000万元；太阳能光伏发电系统与等照度一般发电系统相较对的年收益万元；太阳能光伏发电系统年运行本钱0元；在系统运行的20年中无需进行任何维修及改换，不需任何费用。

太阳能光伏发电系统寿命期净现值评判原理

若是NPV>0，说明该系统投资能够同意；

若是NPV<0，该系统投资是不可取。

太阳能光伏发电系统寿命期净现值：

NPV=-450+×=万元＞0

可见关于太阳能光伏发电系统在寿命利用期内不仅能够把投入的初始资本收回来，而且能够额外节省万元的电费,从技术经济的角度分析能够得出，太阳能光伏发电系统投资是能够同意的。

3、太阳能光伏发电系统投资回收期计算

采纳动态投资回收期（DiscountedPaybackPeriod）原理，设投资回收期为ndp年，那么：

 ndp==年

也能够利用静态回收期（SimplePaybackPeriod）原理计算太阳能光伏发电系统的投资回收期别离为:

C01/（B－C）=450/=年

通过计算，可见太阳能光伏发电系统的回收期为年，太阳能光伏发电系统投资方案是可行的。

依次类推，可知北票太阳能路灯每一年节能减排情形如下：

节能量

规格

节约用电（度）

节约用煤（公斤）

碳粉尘（公斤）

减少二氧化碳（公斤）

减少二氧化硫（公斤）

减少氮氧化物（公斤）

10米（1376基杆）

.00

.20

.34

.14

8米（468基杆）

.00

.60

.25

.15

6米（62基杆）

4米（136基杆）

合计

.00

.40

.67

.77

北票太阳能路灯运行20年，节约用电3585万度电，节约用煤35842吨，减少碳粉尘71683吨，减少二氧化碳吨，减少二氧化硫吨，减少氮氧化物.16吨。

4、太阳能路灯与一般电力灯相较要紧优势与劣势

太阳能路灯以太阳能作为能源，节省了电力能源，并可利用节省的电费收回原始本钱。

太阳能路灯能够依照安装地址光照情形实现单灯系统独立安装与集中光伏电站供电系统集中安装模式。

施工灵活方便，能够免去挖电缆沟铺设电缆及回填繁复的工序。

施工简单，由于各部件的先进性，使太阳能路灯后期保护简单方便。

太阳能路灯要紧缺点：

①由于目前太阳能电池组件的价钱偏高，本钱比电力路灯偏高。

②太阳能路灯地面亮度大体上能够知足国家对不同道路品级照明标准要求，而我国城市道路电力照明一样均高出国家标准，有的乃至高出百倍。

因此从成效上看太阳能路灯照度不如电力路灯，可是太阳能路灯的照度能够知足实际照敞亮度的要求。

因此太阳能路灯在目前太阳能电池本钱偏高的情形下，目前安装原那么符合国家境路照明要求，用户中意，够用为度。

六、终止语

整体设计大体上考虑到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采纳了目前最通用的设计方式，设计思想比较科学；表面处置采纳了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；通过实际运行证明各环节之间匹配性较好。

目前，太阳能路灯照明系统初投资问题仍然是困扰咱们的一个要紧问题。

可是，太阳能电池光电转化率在慢慢提高，而且价钱会慢慢降低，一样地市场上新的光源也在不断更新。

与太阳能的可再生、清洁无污染环保节能相较，常规化石能源日趋紧张，而且利用后对环境会造成了日趋严峻的污染。

因此，太阳能光伏发电的普遍应用，展现给咱们的将是无穷的生命力和广漠的前景。