《风光互补路灯的设计—论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风光互补路灯的设计—论文.doc（31页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、风光互补路灯的设计系别班级专业学号姓名指导老师第1章绪论1.1研究背景及意义随着人类对能源消费的日益剧增，化石燃料能源面临着逐渐枯竭的危险，严重制约着我国经济的可持续发展，同时由于化石燃料能源大量燃烧，造成了人类生活环境的日益恶化，在经济可持续发展环境下迫使人们不得不思考开发利用新能源。人类生存依赖能源，社会发展离不开能源，能源资源是国民经济发展的重要基础之一。随着我国经济的高速发展，能源的缺口增大，能源安全及能源在国民经济中的地位越显突出。因此，党中央和国务院再三指出：要注重能源资源节约和合理利用，要大力倡导节约能源资源的生产方式和消费方式，加快建设节约型社会。能源问题已经成为关系到人类生存
2、和发展的首要问题，快速发展的经济对能源的需求日益增加，巨大的电力缺口导致对煤、石油、天然气等不可再生资源的消耗迅猛增长，而这些资源的储量越来越少。能源危机日趋严重。新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。科学技术的不断发展使太阳能逐渐走入我们寻常的生活，太阳能光伏发电及应用解决了路灯耗电、建设成本高的问题，配合以风力发电机的风光互补路灯更是充分利用了自然能源。我国是世界上能源结构以煤为主的国家之一，也是世界上最大的煤炭消费国。我国能源资源“高增长、高消耗、高污染”，使我们正面临严峻的能源形势。近10年来，我国石油消费增长率达到7%，而同期石油产量年增长速度仅为1.8%，石油供应形势十分严峻。2
3、003年我国进口原油9112万吨，对外依存度达35%。面对50%的进口石油，我国石油安全形势令人担忧。我国煤炭资源总藏量位居世界第一，可采储量2406亿吨，位居世界第二。煤炭约占我国化石能源的95%和储量约90%。尽管我国煤炭资源丰富，但形势不容乐观。一是煤炭资源勘探程度低，已查明资源中精查和详查资源只有42%，煤炭供给能力不足。二是经济可采储量少，人均占有量仅145t，低于世界平均水平。三是煤炭资源利用率低，资源浪费严重。全国煤炭回收率仅1520%，与国外85%的先进水平相比相差甚远。四是我国煤炭超过60%的产量用于发电，即世界每使用3t煤，其中就有1t是在中国烧掉的。而燃煤造成了环境的严重
4、污染，目前我国二氧化硫排放量位居世界第一，二氧化碳、氧化亚氮等温室气体的排放量位居世界第二。五是煤炭生产安全隐患多，事故频繁发生。必须清醒地看到，我国能源资源形势是严峻的。石油、煤作为重要的化石能源，是不可再生的资源，总有一天会消耗殆尽。因此，从我国目前能源生产和能源消费的实际情况出发，积极调整我国能源结构，在合理开发、综合利用和注重节约能源资源的同时，大力开发新能源和可再生能源，是保障我国经济可持续发展的要求。新能源和可再生能源对环境生态不产生或很少产生污染，既是近期急需的补充能源，又是未来能源结构的基础。世界各国越来越认识到，一个能够持续发展的社会，应该是既能满足社会的需要，又不危及后人前
5、途的社会。因此，节约能源、提高能源利用效率、尽可能多地使用清洁能源替代含碳量高的矿物燃料，坚持走社会、经济、资源、环境协调发展道路，应是我国能源建设所必须遵循的原则。太阳能和风能是目前开发利用程度比较高的两种可再生能源，但它们都有不稳定性和间歇性等缺点，而风光互补可以很好地解决这一问题，由此拉开了风光互补应用这一崭新的大幕，风光互补路灯就这样应运而生了。建设风光互补路灯，可以实现太阳能和风能的互补利用，显著提高能源的利用率，对于解决偏远地区人们的生产生活用能问题具有重要的现实意义。同时可以减少环境污染，保护生态环境，实现有害气体的“零排放”，实现经济的可持续发展。具有良好的社会效益、经济效益、
6、环境效益和生态效益。1.2我国太阳能资源概述在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。从中国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，这里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如人们称为日光城的拉萨市，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68%，年平均晴天为108.5d、阴天为98.8d，年平均云量为4.8，年太
7、阳总辐射量为8160MJ/m2，比全国其他省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小，尤其是四川盆地，那里雨多、雾多、晴天较少。为了按照各地不同条件更好地利用太阳能，20世纪80年代中国的科研人员根据各地接受太阳总辐射量的多少，将全国划分为如下5类地区：(1)一类地区全年日照时数为32003300h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为66808400MJ，相当于225285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部的太阳能资源最为丰富，全年日照时数达29003400h，年辐射总量高7000800
8、0MJ/m2，仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第2位。(2)二类地区全年日照时数为30003200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳能辐射总量为58526680MJ，相当于200225kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。为中国太阳能资源较丰富区。 (3)三类地区全年日照时数为22003OOOh。在每平方米面积上一年接受的太阳辐射总量为50165852MJ，相当于170200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东东南部、河南东南部、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南
9、部、福建南部、江苏北部、安徽北部、天津、北京和台湾西南部等地。为中国太阳能资源的中等类型区。(4)四类地区全年日照时数为14002200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为41905016MJ，相当于140170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。是中国太阳能资源较差地区。 (5)五类地区全年日照时数为10001400h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为33444190MJ，相当于115140kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州、重庆等地。此区是中国太阳能资源
10、最少的地区。图11我国太阳能资源分布图1.3我国风能资源概述我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。据国家气象局估算，全国风能密度为100W/m2，风能资源总储量约1.6X105MW,特别是东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃河西走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，每年风速在3m/s以上的时间近4000h左右，一些地区年平均风速可达67m/s以上，具有很大的开发利用价值。有关专家根据全国有效风能密度、有效风力出现时间百分率，以及大于等于3m/s和6m/s风速的全年累积小时数，将我国风能资源划分为如下几个区域：（1）东南沿海及其岛屿，为我国最大风能资源区。（2）内蒙古和甘肃北部，为我国次大
11、风能资源区。这一地区的风能密度，虽较东南沿海为小，但其分布范围较广，是我国连成一片的最大风能资源区。（3）黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海，风能也较大。风能密度在200W/m2以上，大于、等于3m/s和6m/s的风速全年累积时数分别为50007O00h和3000h。（4）青藏高原、三北地区的北部和沿海，为风能较大区。这个地区（除去上述范围），风能密度在150200W/m2之间，大于、等于3 m/s的风速全年累积为 40005000h，大于、等于6m/s风速全年累积为3000h以上。青藏高原大于、等于3 m/s的风速全年累积可达6500h，但由于青藏高原海拔高，空气密度较小，所以风能密度相对较小
12、，在 4000m的高度，空气密度大致为地面的67%。也就是说，同样是8m/s的风速，在平地为3136W/m2，而在4000m的高度却只有209.3W/m2。从三北北部到沿海，几乎连成一片，包围着我国大陆。大陆上的风能可利用区，也基本上同这一地区的界限相一致。（5）云贵川，甘肃、陕西南部，河南、湖南西部，福建、广东、广西的山区，以及塔里木盆地，为我国最小风能区。有效风能密度在50W/m2以下，可利用的风力仅有20%左右，大于、等于3m/s的风速全年累积时数在2000h以下，大于、等于6 m/s的风速在15Oh以下。所以，这一地区除高山顶和峡谷等特殊地形外，风能潜力很低，无利用价值。（6）在4和5
13、地区以外的广大地区，为风能季节利用区。有的在冬、春季可以利用，有的在夏、秋季可以利用。图12我国风能资源分布图1.3.1风能利用概述及意义地球上风能资源丰富，全球陆上可利用的风能资源约有2.3*106兆瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国陆上可利用的风能资源约有2.5*105兆瓦。风能的利用历史悠久，形式多样，特别是风力发电，具有装机规模灵活、造价低、可靠性强、无污染、易于和其他的能源互补等特点。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一
14、种可靠途径，有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。在世界各国重视环保、强调能源节约的今天，风能利用对改善地球生态环境、减少空气污染具有积极的作用。1.4风力发电概述1.4.1风力发电的现状 （1）国外风力发电发展现状风能的开发利用在国外发达国家已相当普及，尤其在德国、荷兰、西班牙、丹麦等西欧国家，风力发电在电网中占相当比重。20世纪70年代发生了世界性的能源危机，欧美国家政府加大补贴投入，鼓励开展风力发电事业。1973年联邦德国风能资源投入30万美元，到1980年投资就增至6800万美元；美国20世纪80年代初期安装了1700多台风电机组，总装机容量达
15、到3 MW；1979年丹麦能源部决定给风轮机设备厂投入补贴，政府拨款建立小型风轮机试验中心，承担发风轮机许可证任务。到20世纪80年代末，全球共有大型风轮机近2万台，总装机容量2 GW。国际市场风力发电成本不断降低，有些条件较好的风力发电场，机组发电成本仅为8美分/kWh，风场运行维修费为1.5美分/kWh。从当前世界风力发电情况来看，无论从风机容量投资、年发电量、运行费用及运行稳定性等指标衡量，200500 kW的中型风电机组都具有较大竞争力。据统计，截止2007年底，世界风力发电装机容量为94112 MW，其中德国装机容量22247 MW，牢牢的占据了其在风力发电领域世界领先地位，美国风机
16、容量16818MW，居世界第二位，我国风力发电装机容量为6050MW，居世界第五位。资料显示，目前全球有20个大风力发电场，其中有13个位于欧洲，其中德国、西班牙成为欧洲最大的风力发电国。截至2007年末，风力发电在整个电力行业中的比例突破0.5%，在欧洲一些风电发达国家，其比例更是接近10%。现在排在世界风力发电市场前几位，领先的是德国、美国、西班牙、丹麦、荷兰等，亚太地区新兴市场是日本和澳大利亚。从增量看，美国为全球第一，2007年新增装机容量为5 244Mw，占全球新增装机的261，之后是西班牙(3 522Mw)、中国(3 449Mw)、印度(1 730Mw)、德国(1 667Mw)和法
17、国(888Mw)。法国和中国等新兴风电市场正在发展装大。在2007年欧洲的装机容量仍然是全球装机容量最大的地区，装机容量占全球装机容量的61，2007年欧洲风电增长19，提供了欧洲38的电力。远远超过了其他地区，主要是因为该地区其他资源比较贫乏，风力发电开发的比较早，技术比较成熟，并且没有污染；其次是北美地区，在2007年的装机容量为19 406Mw，在这个地区主要是美国和加拿大风电的发展，近些年美国的风电发展比较快，2007年风电新增装机容量5 244Mw，同比增长了1倍多，占全球发电装机新增容量的30左右。排名第三的是亚洲，2007年新增装机5 436Mw，累计装机总量达到16 000Mw
18、，增长率为53。在亚洲主要的风电利用地区是中国、印度和日本；其他地区风电的发展虽然也比较快，但是风电的技术水平相对比较落后，风能的利用水平比较低，依次是太平洋地区、南美和加勒比海地区、非洲与中东地区等。不过这些地区的风能资源比较丰富，有待进一步开发。（2）国内风力发电发展现状中国的风力发电是于20世纪50年代后期开始进行研究和试点工作的，当时在吉林、辽宁、新疆等省、区建设了容量在10kw以下的小型风力发电场，但其后就处于停滞状态。到了20世纪70年代中期以后，在世界能源危机的影响下，特别是在农村、牧区、海岛等地方对电力迫切需求的推动下，中国的一些地区和部门对风力发电的研究、试点和推广应用又给予
19、了重视与支持，但在这一阶段，其风电设备都是独立运行的。直到1986年，在山东荣城建成了中国第一座并网运行的风电场后，从此并网运行的风电场建设进入了探索和示范阶段，但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年已建成4座并网型风电场，总装机容量为4.215mw，其最大单机容量为200kw。在此基础上，风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段，到1995年，全国共建成了5座并网型风电场，装机总容量为36.1mw，最大单机容量为500kw。1996年后，风力发电进入了扩大建设规模的阶段，其特点是风电场规模和装机容量均较大，最大单机容量为1300kw。 中国幅员辽阔，陆疆总长2万多公里，海岸线18万
20、多公里，风能资源丰富。根据资料统计，经济可开发的陆地风能资源大约为253Gw，可利用的海洋风能资源经济可开发量大约为750Gw。沿着东南沿海和附近的岛屿以及内蒙古、新疆、甘肃、青藏高原等地区都蕴藏着丰富的风能资源。据统计中国风能的技术开发量可达3亿千瓦一6亿千瓦，而且中国风能资源分布集中有利于大规模的开发和利用。据考察中国的风能资源主要集中在两个带状地区。一条是“三北(东北、华北、西北)地区丰富带”即西北、华北和东北的草原和戈壁地带。另一条是“沿海及其岛屿地丰富带”即东部和东南沿海及岛屿地带。这些地区一般都缺少煤炭等常规能源并且在时间上冬春季风大、降雨量少，夏季风小、降雨量大衔风电正好能够弥补
21、火电的缺陷并与水电的枯水期和丰水期有较好的互补性。年平均风速6ms以上的内陆地区约占全国总面积的l，仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位。但是我国风电作为一个产业来说发展比较缓慢，近几年才有了较快的发展，初步具备了规模开发和建设大型风力发电厂的能力。与世界先进水平相比，我国风电发展还有一定的差距。中国市场的发展靠其新能源法，2006年1月1日开始实施。2006年中国市场稳步发展，这个发展势头将巩固并加速发展。中国2006年我国除台湾外增加风电机组l 454台，新增装机1347万千瓦，比以前翻了一番还多，比2005年增加13053，比过去20年发展累积的总量还多，仅次于美国、德国、西班牙和印度。20
22、07年中国风电装机为2604万千瓦，是全世界第6大市场。至2007年底，我国累计装机容量605万千瓦，占全球总装机容量的64，排名比2006年上升一位，排名世界第五位，当年实现风电装机容量3449万千瓦，在新增市场份额中占172，排名世界第三位。2008年又新增风电装机容量630万kW，新增容量位列全球第2，仅次于美国截至2008年底总装机容量达到1 2153万kW，同比增长106，总装机容量超过了印度，位列全球第4 ，同时跻身世界风电装机容量超千万千瓦的风电大国行列。1.4.2风力发电风力发电的原理：风能具有一定的动能，通过风力机把风能转化为机械能，带动发电机发电，经过整流器等设备得到稳定的
23、直流电，通过逆变器输出三相交流电，供给三相负载。这就是风力发电的基本原理。发电机结构风力发电机是将风能转换为机械能的动力机械，又称风车。广义地说，它是一以大气为工作介质的能量利用机械。风力发电机一般由风轮、发电机（包括传动装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风轮的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。调向器的功能是尽量使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而最大限度地获取风能。限速安全机构用于保证风力发电机的运行安全。塔架是风力发电机的支撑机构。机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。轴心：转子轴
24、心附着在风力发电机的低速轴上。低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。
25、冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。塔：通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。风速计及风向标：用于测量风速及风向。风力发电的特点（1）是可再生的洁净能源 风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗资源，也不污染环境。（2）建设周期短 一个万千瓦级的风电场建设期不到一年。（3）装机规模灵活 有一台风力机的资金就可以安装一台，投产一台。（4）可靠性高 把现代高科技应用于风力发电机组，使风力发电可靠性大大提高。（5）造价低 从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单
26、位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。（6）运行维护简单 现代大中型风力机自动化水平高，可以无人值守，只需定期进行必要的维护。（7）实际占地面积小 机组与监控、变电等建筑仅占火电厂的1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。（8）发电方式多样化 风力发电即可并网运行，也可和其他能源，如柴油发电、太阳能发电、水力发电组成互补系统，还可以独立运行。因此，对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可行性。（9）单机容量小 由于风能密度低，决定了风力发电机组容量不可能很大，与现在的水力发电机组和核电机组无法相比。（10）稳定性差 由于风况是不稳定的，所以风力发电所提供的电能不能保证连
27、续供电。1.5光伏发电光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。1.5.1光伏发电的现状在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术普遍得到各国政府的重视和支持。在技术进步的推动和逐步完善的法规政策的强力驱动下，光伏产业自90年代后半期起进入了快速发展时期。最近10年，太阳能电池产量由1997年的125.8MWp增加到2007年的4000.05MWp，年平均增长率为41.3%；最近
28、5年，由2002年的536.8MWp增加到2008年的6790MWp，年平均增长率达到了53.025%。2008年太阳能电池的生产能力达到13.18GWp，比上年增加83.3%，2009年将达到20.25GWp，比上年增加53.6%。预计2012年全球太阳能电池的生产能力将达到33.75GW。这一规模相当于2007年生产能力的约4.7倍，亚洲占比60%。表1世界太阳电池/组件的年发货量和累计用量。表11 世界太阳电池/组件的年发货量和累计用量年份200020012002200320042005200620072008累计用量1.4341.8252.3863.1304.3306.098.6512
29、.6419.43年发货量0.2880.3740.5370.7471.21.972.564.006.79年增长率(%)43.330.143.539.260.849.342.956.269.75中国光伏产业发展现状中国的光伏发电市场目前主要用于边远地区农村电气化、通信和工业应用以及太阳能光伏商品，包括太阳能路灯、草坪灯、太阳能交通信号灯以及太阳能景观照明等。由于成本很高，并网光伏发电目前还处于示范阶段。光伏产业包括多晶体硅原材料制造、硅锭/硅片生产、太阳电池制造、组件封装和光伏系统应用等，还有一些与整个产业链相关联的产业，如各环节的专用材料制造、专用设备制造，专用检测设备制造以及光伏系统平衡部件制
30、造等。2002年，国家计委启动“西部省区无电乡通电计划”，通过光伏发电和小型风力发电解决西部七省区（西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙古、陕西和四川）700多个无电乡的用电问题，光伏用量达到15.5MWp。该项目大大刺激了光伏工业，国内建起了几条太阳电池的封装线，使太阳电池的年生产量迅速达到100MWp（2002年当年产量20MWp）。图13 中国太阳电池年产量和年装机自2002至2008年，中国大陆的太阳能电池组件的产能以每年3位数(即年增长率超过100%)的速度不断增长。值得注意的是，中国2007年太阳能电池/组件生产能力达到2900MWp，太阳能电池年产量达到1088MWp，超过日本和德国，已
31、跃居世界第一大光伏电池生产国。2008年中国太阳能电池生产能力已达到5GWp，太阳能电池年产量达到2000MWp。但是生产的太阳电池98%以上用于出口。图1和表3给出自1990年以来中国光伏市场的发展进程。表12 中国太阳电池年产量和年装机比较年度199019952000200220042005200620072008年产量0.51.553.3105020037010882000年装机0.51.553.320.3105102040截止到2008年底，2008年中国太阳能电池生产能力已达到5000MWp，中国太阳电池的累计装机已经达到140MWp。2008年全国电力装机800GW，而光伏累计装机
32、只有0.14GW(140MW)，仅占全国全年装机量的0.0175%。图14中国的光伏年装机和累计装机表13 中国光伏年装机和累计装机统计年度199019952000200220042005200620072008年装机0.51.553.320.3105102040累计安装1.786.631945657080100140为了促进我国太阳能光伏发电产业的发展，实现可再生能源中长期规划提出的发展目标，2007年国家发改委启动了“大型并网光伏示范电站建设计划”，加快解决日照资源丰富的西部八省（内蒙古、云南、西藏、新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西）无电乡用电问题，明确要求并网光伏示范电站建设规模应不小于5兆
33、瓦，同时明确了大型并网光伏电站的上网电价通过招标确定。表14太阳能发电重点领域和区域技术类别规划目标（MW）重点地区1、并网光伏发电100西藏、甘肃、内蒙古、宁夏、新疆、甘肃等 城市屋顶系统和 大型标志性建筑50北京、上海、广东、江苏、山东等光伏电站50拉萨、敦煌和鄂尔多斯等2、边远地区供电150西藏、青海、甘肃、新疆、云南、四川等地 3、太阳能热发电50内蒙古等 合计300 “开展光伏电站试点”。在西藏、甘肃、内蒙古、宁夏、新疆、等太阳能资源丰富、利用条件好的地区，建设大型并网光伏电站，总容量达到50MW。表15至2020年中国光伏规划及份额市 场累计安装市场份额(%)农村电气化20012.
34、5通信和工业1006.25光伏应用产品1006.25光伏建筑并网100062.5大型光伏(荒漠)电站20012.5累计安装总量1600100 中国制定了光伏发电中远期发展规划，随着传统化石能源的日益减少，可再生能源的消耗比重逐年增加，光伏发电的比重更是增加迅速。根据规划预测，到2050年中国的光伏装机达到2000GW，年发电量达2600TWh，占全国总发电量的26%。2009年3月敦煌10MW光伏电站中标电价是1.09元/度，与前几年的4元/度相比光伏发电的成本大幅度下降，优势相对比较明显。随着现代工艺技术的进步，光伏发电的转换效率将逐年提高，发电成本将会大幅度下降，以至于光伏发电的价格在一定
35、程度上会低于常规电价。待添加的隐藏文字内容1国外发展现状据前瞻网2013-2017年中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告调查数据显示，2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达8
36、4%。表16光伏发电装机预测GW年 份200420102020日 本1.24.830欧 洲1.23.041美 国0.342.136中 国0.0650.31.8其 他1.1953.891.2世 界4.0142001.5.2光伏发电的原理太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。一、太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。（1） 光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，
37、再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵510倍。（2） 光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电
38、池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。第2章风光互补路灯概述2.1风光互补发电概述风光互补，就是利用太阳能电池组件、风力发电机将转化的电能存储到蓄电池中，当夜晚点亮路灯的时候，逆变器将蓄电池中存储的直流电转变为交流电，从而供灯具用电。由于蓄电池存储的电能有限，所以风光互补最大的优势就是在夜间和阴雨天时由风力发电机发电，晴天有太阳的时候由太阳能发电，既有风又有太阳的情况下两者同时发电。2.1.1风光互补发电系统风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图
39、见附图。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。(1)风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；(2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；(3)逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；(4)控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状
40、态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；(5)蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。风光互补发电系统主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、多功能逆
41、变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系统。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。图21风光互补发电系统图2.1.2风光互补路灯系统风光互补路灯系统主要由风力发电机、太阳能电池板、风光互补路灯控制器、风光互补专用蓄电池与LED路灯光源几个主要部件和灯杆，太阳能电池板支架等相关配件组合而成,利用风能和太阳能环保能源作为动力的新型节能路灯系统。图22风光互补路灯系统图2.2风光互补路灯2.2.1风光互补路灯的组成及各部件的作用风光互补路灯主要由太阳能电池组件、风力发电机、大功率LED
42、灯、风光互补控制器、太阳能专用免维护蓄电池、逆变器等部件组成，还包括太阳能电池组件支架、风机附件、灯杆、预埋件、蓄电池地埋箱等部件。风光互补控制器是对光伏电池板和风力发电机所发出的电能进行调节和控制，一方面把调整后的电能送往灯具，另一方面把多余的能量对蓄电池进行充电，当发出的电能不能满足负载需要时，控制器就会把蓄电池中存储的电能送往灯具，蓄电池存储的电能用完时，控制器可以控制蓄电池不被过放电，当蓄电池充满电后，控制器可以控制电池不被过充电。具有完善的保护功能，从而可以达到更长的使用时间。太阳能电池组件是将太阳能直接转换为电能的发电装置，具有以下特点：不产生噪声，不排放污水，不需要燃料，维护费用
43、低，稳定性好，效率高，寿命长。风力发电机是以自然风作为动力，驱动风轮及发电机旋转，将风能转换为电能给蓄电池充电或通过逆变器直接转换成交流电。具有体积小、重量轻，发电效率高，微风便能启动，寿命长免维护等特点。蓄电池作为风光互补发电系统的储能设备，在整个发电系统中起着非常重要的作用。首先，由于自然风和光照是不稳定的，在风力、光照过剩的情况下，存储负载供电多余的电能，在风力、光照欠佳时，储能设备蓄电池可以作为负载的供电电源;其次，蓄电池具有滤波作用，能使发电系统更加平稳的输出电能给负载;另外，风力发电和光伏发电很容易受到气候、环境的影响，发出的电量在不同时刻是不同的，也有很大差别。作为它们之间的“中
44、枢”，蓄电池可以将它们很好的连接起来，可以将太阳能和风能综合起来，实现二者之间的互补作用。常用蓄电池主要有铅酸蓄电池、碱性镍蓄电池和镉镍蓄电池。2.2.2风光互补路灯的特点优点由于蓄电池存储的电能有限，所以风光互补最大的优势就是在夜间和阴雨天时由风力发电机发电，晴天由太阳的时候由太阳能发电，既有风又有太阳的情况下两者同时发电，风光互补路灯完全适应自然环境的变化，夏季，风力小，但是阳光强，冬季，阳光弱，但是风力大。阴天风力大阳光弱，晴天阳光强风力弱。具有很好的互补性，同时风能和太阳能是取之不尽的再生能源。实现了全天候的发电能力，比单用风力发电及单独使用太阳能更科学、实用。普通的路灯必须用地埋电缆
45、供电，所以路灯供电线路的建设成本高，距离远还要建设升压系统，并且耗费电能。而风光互补路灯不需要输电线路，不消耗电能，有明显的经济效益。风光互补路灯是完全利用风能和太阳能为灯具供电，系统兼具风能和太阳能产品的双重优点，开关智能控制，自动感应外界光线变化，无须人工操作，适用于乡村结合道路、高速公路、城市道路、景观道路、小区等等场所。风光互补路灯具有零电费、绿色环保等特性，节能减排是未来照明发展的重要方向之一。节能减排，节约环保，无后期大量电费支出。资源节约型和环境友好型社会正成为大势所趋。对比传统路灯，风光互补路灯以自然中可再生的太阳能和风能为能源，不消耗任何非再生性能源，不向大气中排放污染性气体
46、，致使污染排放量降低为零。长久下来，对环境的保护不言而喻，同时也免除了后期大量电费支出的成本。免除电缆铺线工程，无需大量供电设施建设。市电照明工程作业程序复杂，缆沟开挖、敷设暗管、管内穿线、回填等基础工程，需要大量人工；同时，变压器、配电柜、配电板等大批量电气设备，也要耗费大量财力。风光互补路灯则不会，每个路灯都是单独个体，无需铺缆，无需大批量电气设备，省人力又省财力。个别损坏不影响全局，不受大面积停电影响。由于常规路灯是电缆连接，很可能会因为个体的问题，而影响整个供电系统；风光互补发电路灯则不会出现这种情况。分布式独立发电系统，个别损坏不会影响其他路灯的正常运行，即使遇到大面积停电，亦不会影响照明，不可控制的损失因此大幅降低。节约大量电缆开销，更免受电缆被盗的损失。 电网普及不到的偏远地区安装路灯，架线安装成本高，并会有严重的偷盗现象。一旦偷盗，影响整个电力输出，损失巨大。使用风光互补路灯则不会有此顾虑，每个路灯独立，免去电缆连接，即使发生偷盗现象也不会影响其他路灯的正常运作，将损失降到最低。 （1）经济效益好由于路灯必须用埋地电缆供电，所以在离电源点超过三公里的公路，路灯的供电线路的建设成本很高，随着公里的延伸，还需要设升压系统，所以，在远郊的公路，路灯的供电线路成本高，线路上消耗的电能也多。而风光互补路灯不需要输电线路，不消耗电能，有明显的经济效益。（2）
