第八章 光伏的的特殊應(yīng)用

1、2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用1第八章光伏的的特殊應(yīng)用2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用2 目目 錄錄 8.1 8.1 引言引言 8.2 8.2 空間應(yīng)用空間應(yīng)用 8.3 8.3 海洋航行輔助海洋航行輔助 8.4 8.4 無線電通信無線電通信 8.5 8.5 陰極保護陰極保護 8.6 8.6 水泵水泵 8.7 8.7 室內(nèi)使用的消費光伏產(chǎn)品室內(nèi)使用的消費光伏產(chǎn)品 8.8 8.8 電池充電器電池充電器 8.9 8.9 發(fā)展中國家的光伏發(fā)電發(fā)展中國家的光伏發(fā)電 8.10 8.10 冷藏冷藏 8.11 8.11 光伏動力運輸光伏動力運輸 8.12 8.12 太陽能汽車太陽能汽車 8.13

2、 8.13 照明照明 8.14 8.14 遠程監(jiān)測遠程監(jiān)測 8.15 8.15 直接驅(qū)動的應(yīng)用直接驅(qū)動的應(yīng)用 8.16 8.16 電力防護柵欄電力防護柵欄2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用3 8.1 8.1 引言引言n光伏系統(tǒng)具有很多用途，它小到可以比一個硬光伏系統(tǒng)具有很多用途，它小到可以比一個硬幣還小，大到可以比一個足球場還大。幣還小，大到可以比一個足球場還大。n可以為一個手表提供電力，也可以為一個小城可以為一個手表提供電力，也可以為一個小城鎮(zhèn)供電。鎮(zhèn)供電。n光伏系統(tǒng)的這些優(yōu)點，結(jié)合它簡潔的工作方式，光伏系統(tǒng)的這些優(yōu)點，結(jié)合它簡潔的工作方式，使之成為很多獨立特殊應(yīng)用的能源，前景非常使之成

3、為很多獨立特殊應(yīng)用的能源，前景非常廣闊。廣闊。2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用4 8.2 8.2 空間應(yīng)用空間應(yīng)用n在光伏電池的早期應(yīng)用中，由于其價格昂貴，使得光伏系在光伏電池的早期應(yīng)用中，由于其價格昂貴，使得光伏系統(tǒng)僅僅被應(yīng)用于空間領(lǐng)域。統(tǒng)僅僅被應(yīng)用于空間領(lǐng)域。n由于太空船對產(chǎn)品重量以及面積的限制，對太陽能電池的由于太空船對產(chǎn)品重量以及面積的限制，對太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有很高要求光電轉(zhuǎn)換效率也有很高要求n在空間應(yīng)用中，太陽能電池不受地球磁場以及大氣層的保在空間應(yīng)用中，太陽能電池不受地球磁場以及大氣層的保護，在受到宇宙射線和高能粒子的影響下它的壽命只能達護，在受到宇宙射線和高能粒子

4、的影響下它的壽命只能達到七年左右。太陽能電池的這種抵抗轟擊所造成的衰減的到七年左右。太陽能電池的這種抵抗轟擊所造成的衰減的能力被稱為輻射硬度。能力被稱為輻射硬度。n光伏太陽能板占人造衛(wèi)星總重量的光伏太陽能板占人造衛(wèi)星總重量的10%20%，占總成本，占總成本的的10%30%。n 很多空間用太陽能電池采用砷很多空間用太陽能電池采用砷 化鎵以及相關(guān)化合物制作，其光化鎵以及相關(guān)化合物制作，其光電轉(zhuǎn)換效率比晶體硅高，但價格電轉(zhuǎn)換效率比晶體硅高，但價格也更貴。也更貴。 2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用5 8.3 8.3 海洋航行輔助海洋航行輔助n太陽能電池應(yīng)用于海洋導(dǎo)航輔助系統(tǒng)要比頻繁太陽能電池應(yīng)用

5、于海洋導(dǎo)航輔助系統(tǒng)要比頻繁更換主電池所需的費用便宜許多。在這種場合更換主電池所需的費用便宜許多。在這種場合使用的太陽能系統(tǒng)通常包括：使用的太陽能系統(tǒng)通常包括：l10100W的太陽能電池的太陽能電池l低維護費用的蓄電池以及放置蓄電池的耐候性很好的低維護費用的蓄電池以及放置蓄電池的耐候性很好的保護盒保護盒l(wèi)電壓校準儀或自校準儀電壓校準儀或自校準儀l軍用標準的定時器以及電動機控制電路軍用標準的定時器以及電動機控制電路l滿足軍用標準直流電動機的自動燈調(diào)節(jié)器。滿足軍用標準直流電動機的自動燈調(diào)節(jié)器。n系統(tǒng)的抗候構(gòu)件通常由以下幾部分組成：系統(tǒng)的抗候構(gòu)件通常由以下幾部分組成：u用于裝蓄電池的防風(fēng)雨以及抗鹽霧的

6、電池盒以及光伏用于裝蓄電池的防風(fēng)雨以及抗鹽霧的電池盒以及光伏組件封裝系統(tǒng)組件封裝系統(tǒng)u防水抗鹽霧的電纜防水抗鹽霧的電纜u透鏡以及電路防護盒的密封構(gòu)件透鏡以及電路防護盒的密封構(gòu)件u用于防止鳥類棲息的長釘，它可以保護光透鏡和光伏用于防止鳥類棲息的長釘，它可以保護光透鏡和光伏組件表面不受鳥糞的污染。組件表面不受鳥糞的污染。2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用6 8.4 8.4 無線電通信無線電通信n由光伏電池供電的無線電通信中繼站適由光伏電池供電的無線電通信中繼站適合于荒蕪的地區(qū)。合于荒蕪的地區(qū)。n由澳大利亞由澳大利亞Telecom公司在公司在1976年開發(fā)年開發(fā)的標準便攜式太陽能電源供應(yīng)系統(tǒng)，可

7、的標準便攜式太陽能電源供應(yīng)系統(tǒng)，可以使用標準的集裝箱運輸。以使用標準的集裝箱運輸。n這樣的系統(tǒng)為世界上首個無線電通信中這樣的系統(tǒng)為世界上首個無線電通信中繼站連接提供了電源。所使用的蓄電池繼站連接提供了電源。所使用的蓄電池具有以下特性：具有以下特性：純鉛陽極板純鉛陽極板自放電速率低自放電速率低(大約每月大約每月3%)很長的使用壽命很長的使用壽命(約八年約八年)1,便攜式光伏電源便攜式光伏電源2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用7n為邊遠地區(qū)的無線電話用戶使用光伏發(fā)電，為邊遠地區(qū)的無線電話用戶使用光伏發(fā)電，將無線電話連接到最近的中繼站上。這樣將無線電話連接到最近的中繼站上。這樣的小型獨立系統(tǒng)包括

8、：的小型獨立系統(tǒng)包括：光伏組件光伏組件(一個或兩個標準件一個或兩個標準件)，通常使用，通常使用桿子支撐桿子支撐一個一個12V的蓄電池的蓄電池信號發(fā)送電路和一個天線信號發(fā)送電路和一個天線n許多獨立的高頻、超高頻或微波使用者，許多獨立的高頻、超高頻或微波使用者，如軍方、警方以及一些商務(wù)用戶也使用太如軍方、警方以及一些商務(wù)用戶也使用太陽能光伏能源。陽能光伏能源。 8.4 8.4 無線電通信無線電通信2,無線電話服務(wù)無線電話服務(wù)2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用8n為邊遠地區(qū)提供手機網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為邊遠地區(qū)提供手機網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這樣的手機基站具有比常規(guī)系這樣的手機基站具有比常規(guī)系統(tǒng)更高的耐熱性能，可以省略

9、統(tǒng)更高的耐熱性能，可以省略了空氣調(diào)節(jié)裝置。了空氣調(diào)節(jié)裝置。n光伏發(fā)電也被用于采用以光纖光伏發(fā)電也被用于采用以光纖主干網(wǎng)絡(luò)進行信息傳輸?shù)南到y(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)進行信息傳輸?shù)南到y(tǒng)。 8.4 8.4 無線電通信無線電通信3,手機網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)手機網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用9 8.5 8.5 陰極保護陰極保護n石油和天然氣的輸送管道、井、化學(xué)儲藏容器、橋梁等的石油和天然氣的輸送管道、井、化學(xué)儲藏容器、橋梁等的腐蝕是一個比較棘手的問題。腐蝕是一個比較棘手的問題。n陰極保護包括使用電流來抵消大自然的電化學(xué)電流腐蝕。陰極保護包括使用電流來抵消大自然的電化學(xué)電流腐蝕。n對大多數(shù)結(jié)構(gòu)而言，采用低

10、系統(tǒng)利用率的設(shè)計便已夠用。對大多數(shù)結(jié)構(gòu)而言，采用低系統(tǒng)利用率的設(shè)計便已夠用。一般一般90%的系統(tǒng)利用率可以使被保護設(shè)備的使用壽命延長的系統(tǒng)利用率可以使被保護設(shè)備的使用壽命延長十倍。十倍。2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用10 8.5 8.5 陰極保護陰極保護n右圖是一個管道傳輸?shù)年帢O保系右圖是一個管道傳輸?shù)年帢O保系統(tǒng)示意圖。統(tǒng)示意圖。n若若L代表需要保護的傳輸管道的代表需要保護的傳輸管道的長度，則有長度，則有r是一個常量，它是單位傳輸管路是一個常量，它是單位傳輸管路長度的電阻函數(shù)，經(jīng)驗數(shù)據(jù)是長度的電阻函數(shù)，經(jīng)驗數(shù)據(jù)是510-4m-1。minmaxln2VVrL2021-7-6第八章 光伏的

11、特殊應(yīng)用11n如果如果L很長，很長，Vmax就會變得很大，所需配置的功率就會就會變得很大，所需配置的功率就會過大；相反，過大；相反，L過小，所需使用的陰極保護系統(tǒng)的數(shù)量就過小，所需使用的陰極保護系統(tǒng)的數(shù)量就會很多。會很多。n通過光伏組件的標準化，建立這樣小型的相互靠近的陰極通過光伏組件的標準化，建立這樣小型的相互靠近的陰極保護系統(tǒng)就顯得比較容易。保護系統(tǒng)就顯得比較容易。n一個小型的陰極保護系統(tǒng)包括：一個小型的陰極保護系統(tǒng)包括：l一個一個60W的光伏板的光伏板l一個一個12V-90Ah的蓄電池的蓄電池l一個串聯(lián)充電調(diào)節(jié)器一個串聯(lián)充電調(diào)節(jié)器l一個閉環(huán)電流控制器，在地下使用銅一個閉環(huán)電流控制器，在地

12、下使用銅/ /硫酸銅作為陽極進硫酸銅作為陽極進行保護。行保護。 8.5 8.5 陰極保護陰極保護2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用12 8.6 8.6 水泵水泵n對于光伏水泵系統(tǒng)的普及來說，對于光伏水泵系統(tǒng)的普及來說，最大的不利因素是初期的高成本最大的不利因素是初期的高成本投入、太陽輻照度的不均勻性、投入、太陽輻照度的不均勻性、太陽能的分散性，以及工業(yè)化光太陽能的分散性，以及工業(yè)化光伏水泵系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗不足和系伏水泵系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗不足和系統(tǒng)構(gòu)件開發(fā)的不成熟。統(tǒng)構(gòu)件開發(fā)的不成熟。n從產(chǎn)品的整體使用成本來看，與從產(chǎn)品的整體使用成本來看，與柴油發(fā)電水泵相比，柴油發(fā)電水泵相比，2000W以下以下的

13、光伏水泵系統(tǒng)已經(jīng)是很經(jīng)濟的的光伏水泵系統(tǒng)已經(jīng)是很經(jīng)濟的選擇了；而對于選擇了；而對于1000W以下的光以下的光伏系統(tǒng)來說，它的使用成本比柴伏系統(tǒng)來說，它的使用成本比柴油系統(tǒng)要低的多。油系統(tǒng)要低的多。2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用13 8.7 8.7 室內(nèi)使用的消費光伏產(chǎn)品室內(nèi)使用的消費光伏產(chǎn)品n太陽能電池用于日用消費太陽能電池用于日用消費品如手表、電子計算機以品如手表、電子計算機以及小型電動玩具等及小型電動玩具等n在在2002年有年有60MW的光伏的光伏電池被用于消費品產(chǎn)品，電池被用于消費品產(chǎn)品，然而實際上產(chǎn)生的電能然而實際上產(chǎn)生的電能僅為該統(tǒng)計數(shù)據(jù)的僅為該統(tǒng)計數(shù)據(jù)的1%。2021-7-

14、6第八章 光伏的特殊應(yīng)用14 8.8 8.8 電池充電器電池充電器n在使用可充電池在使用可充電池作為電源的場合，作為電源的場合，太陽能電池組件太陽能電池組件可以在電量不足可以在電量不足的時候用于充電的時候用于充電以保證電量的充以保證電量的充足，還可用來彌足，還可用來彌補充電電池的放補充電電池的放電。電。2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用15 8.9 8.9 發(fā)展中國家的光伏發(fā)電發(fā)展中國家的光伏發(fā)電n對于發(fā)展中國家仍然有將近對于發(fā)展中國家仍然有將近40%的人無法得到電力供應(yīng)。對于的人無法得到電力供應(yīng)。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)來說是一個潛在而巨大的市場，這樣的應(yīng)用有：光伏發(fā)電系統(tǒng)來說是一個潛在而巨大的

15、市場，這樣的應(yīng)用有：家庭照明，包括太陽能電燈家庭照明，包括太陽能電燈家用電源家用電源用于教育和娛樂的電視機或者收音機用于教育和娛樂的電視機或者收音機通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)飲用水凈化系統(tǒng)飲用水凈化系統(tǒng)家庭用水或者灌溉用水的水泵家庭用水或者灌溉用水的水泵醫(yī)用和疫苗用冷藏設(shè)備醫(yī)用和疫苗用冷藏設(shè)備鄉(xiāng)村蓄電池充電站鄉(xiāng)村蓄電池充電站無線電話無線電話社區(qū)公用設(shè)施社區(qū)公用設(shè)施生產(chǎn)用電生產(chǎn)用電2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用16n作為應(yīng)用的典型系統(tǒng)的例子，大約作為應(yīng)用的典型系統(tǒng)的例子，大約有有10000套平均每天輸出套平均每天輸出150Wh的的系統(tǒng)已經(jīng)被安裝在印度尼西亞，其系統(tǒng)已經(jīng)被安裝在印度尼西亞，其系統(tǒng)的配

16、置如下：系統(tǒng)的配置如下：一個一個45W的太陽能電池組件，安裝的太陽能電池組件，安裝在穿過房子屋頂?shù)囊粋€小型支撐桿在穿過房子屋頂?shù)囊粋€小型支撐桿上上一個一個12V、70Ah的鉛酸蓄電池，安的鉛酸蓄電池，安裝在墻內(nèi)的附屬支架上裝在墻內(nèi)的附屬支架上一個小的控制器，用來保護蓄電池一個小的控制器，用來保護蓄電池過充或過放過充或過放兩個兩個6W的燈的燈一個插頭和一個插座，用于和電視一個插頭和一個插座，用于和電視機、收音機或其他應(yīng)用的連接機、收音機或其他應(yīng)用的連接。 8.9 8.9 發(fā)展中國家的光伏發(fā)電發(fā)展中國家的光伏發(fā)電2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用17 8.10 8.10 冷藏冷藏n光伏組件廣泛

17、應(yīng)用于冷藏，其主要用途有：光伏組件廣泛應(yīng)用于冷藏，其主要用途有：醫(yī)療用途，大約占光伏冷藏應(yīng)用的醫(yī)療用途，大約占光伏冷藏應(yīng)用的20%休閑用交通工具，比如露營車休閑用交通工具，比如露營車商業(yè)用途商業(yè)用途家用家用n高效的直流冷藏器使用高效的直流冷藏器使用12V或或24V直流，效率一般是直流，效率一般是交流冷藏器的交流冷藏器的5倍，其高效率的主要因素包括：倍，其高效率的主要因素包括：形狀形狀增強的隔熱能力增強的隔熱能力2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用18門的密封性良好門的密封性良好區(qū)間化，每個區(qū)間都有獨立的溫度控制區(qū)間化，每個區(qū)間都有獨立的溫度控制具有良好散熱性能的具有良好散熱性能的(無風(fēng)扇無風(fēng)

18、扇)高效壓縮機或電動機高效壓縮機或電動機手動除霜手動除霜從頂部裝載從頂部裝載n正確地使用冷藏器以實現(xiàn)最佳使用效率：正確地使用冷藏器以實現(xiàn)最佳使用效率：冷藏位置，包括散熱盤管的通風(fēng)要求冷藏位置，包括散熱盤管的通風(fēng)要求開門的習(xí)慣開門的習(xí)慣使用的季節(jié)性變化使用的季節(jié)性變化(這和太陽能系統(tǒng)的輸出配合的很好這和太陽能系統(tǒng)的輸出配合的很好)裝載貨物的時間和溫度。裝載貨物的時間和溫度。 8.10 8.10 冷藏冷藏2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用19 8.11 8.11 光伏動力運輸光伏動力運輸n應(yīng)用于汽車應(yīng)用于汽車和游船上的和游船上的太陽能光伏太陽能光伏系統(tǒng)系統(tǒng)光伏發(fā)電組光伏發(fā)電組件還可以為件還可以

19、為城市有軌電城市有軌電車系統(tǒng)供電車系統(tǒng)供電2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用20 8.12 8.12 太陽能汽車太陽能汽車n太陽能賽車主要考慮太陽能賽車主要考慮的因素：的因素：空氣動力學(xué)空氣動力學(xué)(比車重量比車重量更關(guān)鍵的設(shè)計更關(guān)鍵的設(shè)計)發(fā)動機效率發(fā)動機效率(通常使用通常使用兩個發(fā)動機兩個發(fā)動機)功率調(diào)控和控制電路功率調(diào)控和控制電路蓄電池儲能密度以及蓄電池儲能密度以及蓄電池的效率。蓄電池的效率。2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用21n要太陽能驅(qū)動的汽車出現(xiàn)在市場上可能還需要許多年，這是由于需要：要太陽能驅(qū)動的汽車出現(xiàn)在市場上可能還需要許多年，這是由于需要：降低成本降低成本和其他交通工

20、具的道路兼容性和其他交通工具的道路兼容性運輸部門的認可，尤其在安全性方面運輸部門的認可，尤其在安全性方面相關(guān)的標準化、可靠性設(shè)計相關(guān)的標準化、可靠性設(shè)計(盡管這在快速發(fā)展盡管這在快速發(fā)展)消費者的認可消費者的認可大批量生產(chǎn)的輕型太陽能電池組件大批量生產(chǎn)的輕型太陽能電池組件制動能量回饋，在頻繁停車發(fā)生的情況下保持效率制動能量回饋，在頻繁停車發(fā)生的情況下保持效率(現(xiàn)在此技術(shù)已經(jīng)現(xiàn)在此技術(shù)已經(jīng)成熟，并在混合動力汽車上得以應(yīng)用成熟，并在混合動力汽車上得以應(yīng)用)建立充電站建立充電站(這些充電站也可以使用太陽能提供電力這些充電站也可以使用太陽能提供電力)n交通工具的零排放或低排放已成為一個研究目標，鼓勵民

21、眾盡量使用交通工具的零排放或低排放已成為一個研究目標，鼓勵民眾盡量使用太陽能驅(qū)動的交通工具，不論是直接將能源用于驅(qū)動汽車還是安裝光太陽能驅(qū)動的交通工具，不論是直接將能源用于驅(qū)動汽車還是安裝光伏陣列做成充電站。伏陣列做成充電站。 8.12 8.12 太陽能汽車太陽能汽車2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用22 8.13 8.13 照明照明n在世界上的很多邊遠地區(qū)，太陽能直流照明相在世界上的很多邊遠地區(qū)，太陽能直流照明相對于煤油燈、蓄電池?zé)?、蠟燭、柴油或汽油發(fā)對于煤油燈、蓄電池?zé)?、蠟燭、柴油或汽油發(fā)電機照明更為廉價，與架設(shè)電網(wǎng)相比就更為經(jīng)電機照明更為廉價，與架設(shè)電網(wǎng)相比就更為經(jīng)濟了。即使在城市也

22、經(jīng)常使用太陽能燈以避免濟了。即使在城市也經(jīng)常使用太陽能燈以避免從地下埋設(shè)輸電線或高架電線進行電力的傳送。從地下埋設(shè)輸電線或高架電線進行電力的傳送。現(xiàn)在的太陽能照明應(yīng)用主要有：現(xiàn)在的太陽能照明應(yīng)用主要有：廣告牌廣告牌警示燈警示燈公共交通遮雨棚公共交通遮雨棚緊急警報燈緊急警報燈路況區(qū)域照明路況區(qū)域照明(如賽道、街道等如賽道、街道等)家庭用照明。家庭用照明。有益于提高照明效有益于提高照明效率的控制技術(shù)主要率的控制技術(shù)主要包括：包括：光敏控制器光敏控制器計時器計時器開關(guān)開關(guān)(用于允許手動用于允許手動控制，尤其對于家控制，尤其對于家庭用戶庭用戶)傳感器，例如運動傳感器，例如運動探測器和紅外探測探測器和紅

23、外探測器器(對安全系統(tǒng)特別對安全系統(tǒng)特別有用有用)2021-7-6第八章 光伏的特殊應(yīng)用23 8.14 8.14 遠程監(jiān)測遠程監(jiān)測n遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要用于：遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要用于：氣象情況，包括風(fēng)暴警告氣象情況，包括風(fēng)暴警告公路情況公路情況結(jié)構(gòu)情況結(jié)構(gòu)情況昆蟲誘捕昆蟲誘捕地震監(jiān)測記錄地震監(jiān)測記錄科學(xué)研究科學(xué)研究自動撥打警報自動撥打警報水庫水位監(jiān)測水庫水位監(jiān)測放射性物質(zhì)以及污染監(jiān)測放射性物質(zhì)以及污染監(jiān)測n任何一個監(jiān)測系統(tǒng)都需要使任何一個監(jiān)測系統(tǒng)都需要使用電，因為儀器使用及數(shù)據(jù)傳用電，因為儀器使用及數(shù)據(jù)傳輸都要用電。但它們對電能的輸都要用電。但它們對電能的需求一般非常低需求一般非常低(通常每天負通常每天負載以載以mAh計計)，這樣光伏發(fā)電，這樣光伏發(fā)電系統(tǒng)就成為監(jiān)測系統(tǒng)的理想電系統(tǒng)就成為監(jiān)測系統(tǒng)的理想電源。源。n在光伏系統(tǒng)中加入在光伏系統(tǒng)中加入變阻器變阻器是是十分重要的，這樣可以防止數(shù)十分重要的，這樣可以防止數(shù)據(jù)獲取設(shè)