浅析照明用太阳能在公路上的装置使用价值

摘要：太阳能接收装置一般分为两种：跟踪阳光式和非跟踪阳光式。评价其经济性指标通常有：装置组成经济性、光伏转换率的经济性、日常运行维护经济性和能源、材料使用的经济性。综合来看，跟踪式太阳能接收装置用于公路照明的经济性全面优于非跟踪式，低碳环保，值得推广。

关键词：太阳能，接收装置，低碳环保

一、太阳能接收装置的经济指标

在得到足够的电能转换前提下，与传统照明系统相比，太阳能的少去了设置照明供电系统和照明配电系统两部分，而非跟踪式和跟踪式太阳能接收装置的一次性成本都包含成套照明灯具和安装工程量（灯具安装和调试）两部分。因此，在评价这个方面时，需从成套照明灯具和安装工程量两个方面来分析。

目前，太阳能电池的转换率只有17%左右，而控制器、蓄电池均远高于此。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价可提高太阳能发电产业化的经济性。

传统照明系统的运行维护成本一般由人力定期巡查成本、产品更换成本等两大部分组成。目前，太阳能照明系统运行检查尚无相关规定予以规范，运行过程中的监控一般是采用遥控巡检测试为主，人力现场定期检测为辅的方式。太阳能照明系统在能源、材料使用的经济性上较传统照明系统有无可比拟的优势。另外，从节能和环保的角度考虑，它降低了碳排放量更是值得大力推广。

二、跟踪阳光式接收装置

（一）太阳能公路照明现状

在公路上一般无太阳的遮挡物，太阳光照比较充分；另外公路一般为政府统一规划，易统一安装使用先进的公路设施、设备。但是目前国内太阳能公路照明的应用尚处于起步阶段。 目前全世界有136个国家正在普及推广应用太阳能发电技术，其中95个国家正在大规模研发和生产各种太阳能发电设备和太阳能电池应用产品。2005年全世界太阳能电池电能总产量已经达到2000MW。

（二）跟踪阳光式接收装置在公路照明中的应用

目前国内外已有的跟踪式太阳能接收装置的跟踪方式可分为单轴太阳能跟踪器和双轴太阳能跟踪器两种。双轴跟踪系统能够最大效率的利用太阳辐射能量，单轴跟踪系统的利用率虽然比双轴跟踪系统的稍低，但比固定安装式系统的高，其控制也较双轴跟踪系统简单。

单轴跟踪系统一般采用： ①倾斜布置，东西跟踪；②焦线南北水平布置，东西跟；③焦线东西水平布置，南北跟踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪，工作原理基本相似。可以按照地区日照平均值选择太阳能电池板南北向倾角固定安装，如我国西北地区纬度高使得它的日照时间较长，太阳能非常充足，系统利用率也高，像这样太阳能较充足的地带，更适合采用单轴太阳能跟踪器。

单轴控制方案虽能完成跟随太阳光线并进行适时的调整其入射角，但它还存在不足。对于如浙江省这样光照不是很充足的地区，若只按一个方向控制太阳能电池板还是不能充分提高太阳能的利用率。解决方法是：根据系统所在地域的纬度和经度设置两台电动机进行阳光跟踪。阳光可以分解为2个分量，一个垂直于太阳能电池板表面，另一个平行于电池板表面，前者的辐射能被电池板吸收转换，后者则不然。实际使用时应尽量使阳光和电池板法线的夹角即入射角θ小。阳光入射角θ不仅随每天的日照时间变化而且也随季节变化经济分析，因此固定一个方向安装的太阳能电池板不能充分吸收太阳辐射能量。双轴跟踪就是将太阳能电池板绕2个互相垂直的纬度和经度角转轴旋转，能同时跟踪太阳的方位角和高度角，在理论上可完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角θ为0°。这就是全跟踪即双轴（经纬）太阳跟踪，因此像浙江省这样太阳光照不是很充足的地带，更适宜采用双轴太阳能跟踪器。

三、两种装置的经济分析

（一）投资成本

太阳能公路照明系统在一次性投资的系统组成方面减少了配电箱安装和线路敷设安装两个环节，所以仅从灯具和安装工程量两方面进行比较，跟踪式太阳能公路照明系统在安装工程量上，比普通固定式即非跟踪式的调试量多出了一部分。跟踪式一套设备的成本比非跟踪式高两百元左右。在太阳光照很充足的地域，若采用固定式太阳能接收装置并在其效率较低时也能满足照明的电能需求，则固定式装置在一次性投资成本上相对有优势，但为了保证在阴雨天的照明，固定式太阳能接收装置一般还会设置公路照明配电箱、照明线路作为备用电源。

另外，对于太阳光照不太充足的地方，仅用固定式太阳能接收装置来提供照明电能往往是不能满足要求的，而跟踪式装置由于其转换的高效率则可以满足用电需求。虽然一次性投资成本上跟踪式装置较固定式装置稍高，但固定式接收装置一般要增加公路照明配电箱、照明配线，使得其一次性实际成本远远高于跟踪式装置。

（二）经济分析。

在太阳能接收装置采光面积相同，蓄电池材料相同，充放电和控制灯具关、开等设备条件相同的情况下，两种装置的光伏转换率相差非常大，跟踪式的光电转换率要高很多，理论上高50%，实际情况一般要高35%。而且就南方地区而言，阴雨天气一般较长，常用固定式的太阳能灯具在电能充足状态下输出只能维持3到5天，所以固定式太阳能照明器不能独立的在南方地区使用，一般还需铺设照明供配电线路，作为在电池电量不足时的备用。如浙江省由于日照相对欠充足，要完全依赖固定式太阳能电池板进行光伏转换来供电，则需要较大容量的太阳能电池板，一般需增加太阳能电池板容量30%左右（约增加12W），这样一来，固定式接收装置的经济性就变得更差。

（三）日常维护

对于日常运行维护成本中的人力定期巡查成本和产品更换成本，两种太阳能照明器基本相同。在太阳能转换率足够高时，与传统照明相比，两种太阳能接收器都可省去包括供配电系统、灯具能耗两部分的供电成本。太阳能照明自动跟踪控制系统由于其光电转换效率高，可以完全免去供电成本中线路损坏、线路再敷设修护、配电箱维护和更换的成本。

四、结论

我国气候复杂，从电能转换效率、供电量稳定性及能源和材料消耗等几项经济指标来分析，同等容量大小的电池板，跟踪式装置全面优于固定式装置。跟踪式太阳能接收装置提高了光伏转换效率，即使在太阳能不充足、阴雨天气的时候，高效率转换的电能也足够公路照明使用，所以可以完全脱离电网，不存在化石能源消耗，有效地降低了碳排放量。跟踪式太阳能接收装置在公路照明中的应用所产生的经济效益和社会效益将是无限量的，应予以大力推广。

参考文献：

[1]郑子和.基于ISC模式下的太阳能发电产业发展研究[J].价值工程，2009，28（06）

[2]陈维，沈辉，刘勇.光伏阵列倾角对性能影响实验研究[J].太阳能学报，2009，30（11）