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离网非户用太阳能发电系统

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发表时间:2022-03-09 17:24作者:熙则

最简单的离网光伏发电系统是直联系统,光伏方阵受光照时发出的电力直接供给负载使用,中间没有储能设备,因此负载只在有光照时才能工作。这类系统有太阳能水泵、太阳能风帽等。

1.   光伏水泵

光伏水泵是无电干旱地区理想的抽水工具,它具有不需要连接电网,不消耗燃料,便于移动,安装方便,维护简单,工作寿命长,没有污染等优点,而且越是干旱,太阳光越强,光伏水泵抽水越多,正好满足要求,所以特别适合于解决无电地区的人畜饮水和少量灌溉问题。

近年来,由于技术的发展,光伏水泵系统性能在不断改进,应用范围也在逐步扩大,随着光伏发电成本的不断降低,光伏水泵有着广阔的发展前景。

2.   太阳能风帽

太阳能风帽是另一种直联系统的类型,将太阳能电池组件安装在凉帽顶部,通过导线与小电动机连接。在太阳能照射下,太阳能电池组件发出的电力可以驱动小电动机,带动风扇转动,在炎热的夏天给室外工作的人员带来一丝凉意。

由于太阳能发电要收到气候条件的限制,发电规律一般与负载的用电要求并不一致,因此对于离网光伏系统,通常需要配备储能装置,将光伏方阵发出的多余电力储存起来,以随时满足负载用电的需要。

一般为直流负载供电的离网光伏系统主要由光伏方阵、阻塞二极管、蓄电池、控制器等组成。

为交流负载供电的离网光伏系统,除了以上部件外,还要配备逆变器。

离网非户用光伏系统为无电场所的设备供应电力,可以就地供电,无须延伸电网,节省了投资,也减少了线路损耗,使用方便,安全可靠,维护简单,其应用领域是非广泛。

3.   通信电源

在地面远距离通信或信号传输中,每隔一定距离通常需要设置中继或转播站,必须要有可靠的电源才能正常工作,而有些经过的地区常规供电常常不能得到保证。特别是在高山或荒漠地区,更是无法依靠延伸电网的办法来供电。可采用其他类型的独立电源,如汽油或柴油机发电机、风力发电机、闭环汽轮机(CCVT)发电及半导体温差(TEG)发电等都有一定的局限性。而光伏发电随处可得,并且可以无人值守,采用光伏发电是理想的选择,所以在早期的光伏系统应用中,通信电源占有相当大的份额。此外,还有大量的无线电转播站、电视差转站、电话增音站等,尽管用电量不大,但依靠其他电源很难做到安全可靠供电,而太阳能光伏发电具有独特的优势。现在在交流电网无法可靠供电的地区,太阳能光伏通信电源已经得到普遍的推广应用。

现在,高速公路等处的应急电话机已经广泛采用太阳能电源。在有些特殊的场所,如野外的军用通信,在通信机需要充电时,只要在阳光下打开应用柔性衬底的薄膜太阳电池组件就能充电,结束后折叠起来就可带走,携带十分方便。

4.   离网电源

(1)   航标灯。

在沿海或大江大河中,为了保证航行的安全,常常需要设置航标灯。早期使用的是煤油灯,不管是严寒酷暑,还是刮风下雨,航标工人每天都要准时划船去点灯和收灯,工作条件十分艰苦。后来采用干电池作为一次性电源,工作条件有所改善,但是干电池用量很大,成本较高,并且灯光亮度还会逐渐变暗。航标灯的重要性和工作条件的严酷性,正好适合光伏发电安全可靠和可以无人值守的特点。从20世纪70年代开始就采用太阳能航标灯,利用太阳电池板给蓄电池充电,作为航标灯电源,还可以按照光线的强弱自动开关,不但保证了灯光亮度,而且大大降低了工人的劳动强度,具有显著的社会和经济效益。有些大型海岸灯塔,也都采用太阳能供电,由于功率大,光照强,射程远,可以提高海上航行的安全性。

(2)   石油、天然气管道阴极保护电源。

石油、天然气常用管道作长距离输送,金属管道的腐蚀现象普遍存在,每年因此大约要损耗10%~20%的金属材料。为了有效地保护金属管道,可将被保护金属管道进行外加阴极极化,以减少金属腐蚀,这种方法称为阴极保护法。现在主要采用的外加电流法,是由直流电源、恒电位仪、辅助阳极和参比电极等组成的。直流电源主要是根据阴极保护的要求提供所需要的直流电压和电流,通常是将交流电经过降压整流得到直流电,这样就需要一套降压整流装置,也要消耗部分电能。在无可靠交流电源的地区,以前常用柴油机等供电,这样不但费用昂贵,还需要运输燃料,操作维护也很复杂,需要专业人员管理。光伏发电具有安全可靠、运行维护方便,特别适合无人值守等优点,而且提供的正好是直流电,不需要整流设备。现在光伏系统不仅在石油和天然气输送管线上已经普遍采用,在码头、桥梁、水闸等金属构件上也有很多采用其作为阴极保护电源,对于防止金属锈蚀发挥了重要作用,取得了明显的经济效益。

5.   防灾救灾电源

为了预防自然灾害,常常需要在野外就地进行测量和观察,因此需要设置观察站,如地震观测站、水文观测站及森林防火观察站等。在观测站中,测量的仪器需要电源,有人管理的台站需要生活用电。设置的地点很多是在高山峻岭或偏僻地区,往往缺乏可靠的电力供应,对于这种无人值守或用电量不大的场所,光伏发电往往就是最佳选择,只要设计和配置得当,光伏发电完全可以满足观测台站的用电需要,如野外监测设备光伏电源,森林防火观察站光伏电源,小型气象观测站光伏电源等。

6.   交通工具电源

(1)   太阳能飞机

随着科技的进步,太阳电池的效率有了提高,价格也在不断下降,这为开拓新的光伏应用领域创造了条件。利用太阳能作为飞机的动力是人们长期以来的梦想,从理论上说,只要能追上地球自转的速度,永远暴露在阳光照耀下,太阳能飞机就能一直飞行下去,持续时间取决于部件的寿命极限。20世纪末,人们就开始进行探索,先后研制了几架太阳能飞机,例如“阳光动力”号。

(2)   太阳能游艇

据联合国统计:商船所排放的温室气体约占全球总排放量的4.5%,利用清洁能源作为水上交通工具的动力,符合节能环保的要求。游艇的速度不快,船顶面积相对比较大,可以安装比较多的太阳电池板,这些都为在船上应用光伏发电系统创造了条件。近年来,随着环保观念日益深入人心,太阳能游船得到了更多发展。

可以预期,随着科技的进步、太阳电池的效率逐渐提高和成本的不断下降,太阳能游艇在交通工具中有可能最早实现推广应用。

(3)   太阳能汽车

汽车是当代最普遍的交通工具,要消耗大量液体燃料,同时还造成了严重的空气污染。随着石油储量的逐渐枯竭,人们开始探索利用清洁的可再生能源作为动力,于是太阳能汽车也就应运而生。

由于汽车顶部的面积不大,且方向会不断改变,太阳电池只能平铺安装,即使在白天,也经常有部分太阳电池照不到阳光,因此提供的电力有限,且目前高效太阳电池价格十分昂贵,一般很难承受。另外,汽车是一项方便的交通工具,而太阳能汽车的使用和天气有关,如果长期遇到阴雨天,使用会产生问题,所以太阳能汽车要真正进入实际使用阶段,还需相当长时间的发展。

7.   照明电源

太阳能光伏发电随处可用,对于小型用电设备,可以就近供电,不必远距离连接电网。用做照明电源,十分方便,已经开始大量推广应用,是目前光伏系统应用中数量最多的领域。

太阳能照明系统种类很多,目前应用最广泛的太阳能照明电源类型如下。

*小型照明灯具,如太阳能路灯、投射灯、庭院灯、草坪灯、手提灯等。

*大型照明系统,如机场跑道照明、宾馆室外照明、广告牌照明、公路隧道照明等。

*交通信号灯,如标志灯、警告灯、道钉等。

太阳能照明系统的特点是:白天负载基本上不消耗电能,在有阳光时将太阳电池发出的电力储存在蓄电池中,晚上供给灯具使用。

目前,应用最多的是太阳能路灯、庭院灯和太阳能交通警示灯等,这类系统一般由太阳电池板、蓄电池和控制器及灯座等组成,通常将所有部件集成在一起,由于是整体运输和安装,不需要架设输电线路或开沟埋设电缆,不破坏环境,安装使用非常方便,特别适合于公园、运动场、博物馆等场所使用。

但是,目前太阳能用于主干道路的照明还不多,主要是由于要满足主干道路的路面照度要求,需要光源的功率比较大,因此要求配备的太阳电池板容量和面积都很大,而太大的太阳电池板很难安装在太阳能路灯的顶部,即使能够安装,也是头重脚轻,难以承受大风等载荷,而且也不美观。现在有些太阳能照明灯具使用效果不佳,主要是设计不当,配置太阳电池和蓄电池的容量不足,或配套部件质量不好,还有的是安装位置不当,如有些太阳电池板不是朝向赤道,或有建筑或树木遮挡阳光,影响了实际使用效果。


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