太陽(yáng)能電池系統(tǒng)應(yīng)用介紹

太陽(yáng)能電池系統(tǒng)應(yīng)用介紹對(duì)于系統(tǒng)的分類，我們按其規(guī)?？梢苑譃榇笾行∪悾渲写笮褪侵釜?dú)立光伏電站；中型是指應(yīng)用系統(tǒng)；小型是指比戶用系統(tǒng)規(guī)模還要小的類型如太陽(yáng)能路燈等。這里主要介紹一些小型的應(yīng)用系統(tǒng)，其他應(yīng)用系統(tǒng)只做簡(jiǎn)短介紹。航標(biāo)燈，無人燈塔的電源航標(biāo)燈是河流、湖泊、運(yùn)河、水庫(kù)等航道的導(dǎo)航設(shè)施，主要作用是：反映符合航運(yùn)需要的航道條件，指出經(jīng)濟(jì)安全的航道方向和界限，以引導(dǎo)船舶安全迅速地航行。我國(guó)土地遼闊，江河湖泊星羅棋布，航運(yùn)的自然條件十分優(yōu)越。解放前，我國(guó)只有河段設(shè)有標(biāo)志，航標(biāo)燈也多使用煤油燈、乙炔燈等。解放后，黨和國(guó)家十分重視航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)了航標(biāo)燈的建設(shè)工作。使我國(guó)的航運(yùn)事業(yè)不斷發(fā)展，航道通航能力不斷提高。航行條件迅速改善，保障了運(yùn)輸?shù)臅惩ê秃叫械陌踩?。航?biāo)燈按能源供給的方式的不同，可分為：氣體燈：用氣體為燃料而發(fā)光的燈具，所用氣體有乙炔、丙烷等。煤油燈：以煤油為燃料的燈具。電氣燈：是利用電力為能源發(fā)光的燈。目前所用電源有蓄電池、干電池、交流電、浮標(biāo)水力發(fā)電以及硅太陽(yáng)電池等幾種。我國(guó)解放前采用的是煤油燈，后來改用乙炔、丙烷燈，也試用過鋅空氣電池?zé)?。但由于使用條件的特殊，這些方法都存在著不同的缺陷，效果不理想，如用煤油，航標(biāo)工人要每天早上吹燈，晚上再點(diǎn)燈，每天還要擦透鏡，而用乙炔要和易燃、易爆氣體打交道，且燈光不亮，發(fā)光不穩(wěn)定。而應(yīng)用太陽(yáng)電池作為航標(biāo)燈源，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合算，得到了較廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用太陽(yáng)電池作為航標(biāo)燈的電源，國(guó)外已很普遍，如日本海上保安廳于1959年11月正式啟用了山口縣周防筏瀨航標(biāo)燈，我國(guó)于1973年首次在天津港進(jìn)行燈浮標(biāo)以硅太陽(yáng)電池供電的試驗(yàn)。到1976年國(guó)慶節(jié)前，天津港當(dāng)時(shí)所有的13具浮標(biāo)燈已采用硅太陽(yáng)電池作為電源。應(yīng)用的太陽(yáng)電池板為14.7W，匹配功率為9瓦0.3秒明，2.7秒滅的閃光燈，配用100安時(shí)的鎘鎳蓄電池。使用效果良好，穩(wěn)定可靠。截至1981年底，全國(guó)航標(biāo)燈應(yīng)用硅太陽(yáng)電池電源的總功率已達(dá)5000瓦左右，主要用于天津、上海、廣州、長(zhǎng)江等航道局，安裝在南到北緯9的西沙群島，北到北緯34的大欽島這樣漫長(zhǎng)的海岸線上。從幾年的使用情況中可以看出太陽(yáng)電池航標(biāo)燈有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）使用可靠，維修簡(jiǎn)單。天津港從1973年開始，每年2月到12月將太陽(yáng)電池板安裝在燈柱上使用，沒有進(jìn)行過補(bǔ)給，并經(jīng)受住了多次八級(jí)、九級(jí)以至更大的強(qiáng)風(fēng)的考驗(yàn)。（2）燈光亮度穩(wěn)定，射程得到了保證。與硅太陽(yáng)電池配套的鎘鎳蓄電池放電平穩(wěn)，而以前用的鋅空電池?zé)?，在剛換新電池時(shí)，電壓很高，不久電壓就大幅度下降，使燈光亮度不穩(wěn)，燈光射程得不到保證。減輕了航標(biāo)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。使航標(biāo)管理水平提高，燈光正常率提高，為我國(guó)遠(yuǎn)海孤島地區(qū)的航標(biāo)燈找到了一種較理想的新電源。綜合計(jì)算，要比乙炔、丙烷、鋅空干電池?zé)艄?jié)省費(fèi)用。鋅空干電池?zé)裘磕晷桦姵刭M(fèi)約500元左右。丙烷燈每座航標(biāo)燈每年進(jìn)行檢查補(bǔ)給要多用3個(gè)臺(tái)班的船，按中型船年平均計(jì)算，共需1200元左右。而一套太陽(yáng)電池電源雖一次投資稍大，約需1500元左右，但若使用10年每年平均開支才150元左右。二、在鐵路信號(hào)上的應(yīng)用鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，鐵路信號(hào)燈是保證安全正點(diǎn)運(yùn)行的不可缺少的重要設(shè)備之一。我國(guó)鐵路現(xiàn)有車站5000余個(gè)，其中無交流電源或無可靠的交流電源的車站有1500余個(gè)。這些車站的燈光信號(hào)、設(shè)備或是點(diǎn)油燈，或是以空氣電池，干電池供電，技術(shù)性能差，工作不穩(wěn)定，油及電池消耗量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，異常陳舊落后，為了改變這種落后的狀態(tài)，使沒有可靠交流電源的車站的信號(hào)設(shè)備獲得較理想的電源，1975年2月廣州鐵路局首次在廣州鐵路局婁底電務(wù)段普奄堂車站的一架預(yù)告信號(hào)機(jī)上試用以硅太陽(yáng)電池電源為鐵路局信號(hào)供電。之后，鐵道部于1979年6月在青藏鐵路的克土車站安裝了我國(guó)最大的一座硅太陽(yáng)電池電源，在電氣集中信號(hào)設(shè)備上試用。它的峰值功率為720瓦。與此同時(shí)，鐵道部還在分布于華南、西北、華北、東北地區(qū)的廣州、柳州、蘭州、西安、呼和浩特、齊齊哈爾、哈爾濱等鐵路局選擇了一些車站的信號(hào)機(jī)進(jìn)行擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)，截至1981年底，全國(guó)已有15個(gè)鐵路局在100余個(gè)車站安裝了硅太陽(yáng)電池鐵路信號(hào)燈電源，總功率達(dá)5000余瓦（見下圖）圖鐵路信號(hào)燈太陽(yáng)電池電源硅太陽(yáng)電池鐵路信號(hào)燈系統(tǒng)，由如下部分組成：（1）硅太陽(yáng)電池方陣（2）蓄電池（3）電源控制器（4）信號(hào)燈具（5）輸電線路（6）硅太陽(yáng)電池方陣托盤，支架及跟蹤裝置。實(shí)踐證明，這些鐵路信號(hào)燈的硅太陽(yáng)電池電源，工作可靠，性能穩(wěn)定，使用良好，比較滿意的解決了無可靠交流電源的車站鐵路信號(hào)燈的供電問題。對(duì)確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩c(diǎn)和逐漸實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化具有很大的意義，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：提高和穩(wěn)定了信號(hào)的顯示距離，有利于行車安全。這些應(yīng)用太陽(yáng)電池電源的車站一般來說，地形和氣象條件都很惡劣，哈爾濱鐵路局的高嶺子車站。地處高山峰頂，上下行都是在斜度為1.3%的大坡上，氣候惡劣，溫差很大，每逢冬季大風(fēng)雪之夜，由于油燈顯示距離近，看不清，甚至被風(fēng)吹滅，每年平均要造成3次機(jī)外停車和50次引導(dǎo)進(jìn)站。出站信號(hào)也由于顯示距離近。不但兩端搬道員相對(duì)方向看不見，連機(jī)車乘務(wù)員也要運(yùn)行到站中心才能看清出發(fā)信號(hào)，經(jīng)常造成列車晚點(diǎn)，嚴(yán)重影響行車安全。采用干電池的車站，干電池用到最后，供電電壓降低，燈光暗淡，而且還可能出現(xiàn)燈光突然不亮影響行車的現(xiàn)象，采用硅太陽(yáng)電池電源后，供電電壓穩(wěn)定，燈光可靠性強(qiáng)，連續(xù)性好，消滅了滅燈現(xiàn)象，并且提高顯示距離一倍左右。減輕了搬道員的勞動(dòng)強(qiáng)度。過去，在夜間用油燈顯示信號(hào)的車站，搬道員要白天從信號(hào)機(jī)柱上取回?zé)舨料醇佑?，晚上再掛回點(diǎn)亮，有些信號(hào)燈距離又較遠(yuǎn)（有些距站中心1~2Km），每逢大風(fēng)雪和暴風(fēng)雨之夜，要頂著風(fēng)雨，冒著嚴(yán)寒，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，且已有人身傷亡之事故發(fā)生。而用干電池供電的電站，電池更換頻繁，并且需經(jīng)常檢測(cè)，不但維護(hù)工作量不少，且稍有疏忽，就可能出錯(cuò)，影響行車。現(xiàn)在以硅太陽(yáng)電池作電源，幾乎無需什么維護(hù)工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。管理方便，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省了經(jīng)常的消耗。例如高嶺子車站的8個(gè)信號(hào)燈，過去每年要耗煤油600斤，豆油260斤，折合人民幣400余元，現(xiàn)在可全部省掉，五年可省下的這筆費(fèi)用，大體上與購(gòu)買太陽(yáng)電池和鎘鎳蓄電池的費(fèi)用相當(dāng)，而用干電池供電的車站，通常一個(gè)月要更換一組點(diǎn)燈用干電池，兩個(gè)月更換一供臂板電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的電池，換用太陽(yáng)電池后，電池的消耗量減少了。對(duì)位于青藏鐵路西寧至格爾木間的克土車站的鐵路信號(hào)系統(tǒng)，過去用電全部領(lǐng)依靠柴油機(jī)發(fā)電，要消耗大量柴油，特別是由于這里海拔高，空氣稀薄，使柴油機(jī)功率下降30%以上，并且使用維修的工作量相當(dāng)大，現(xiàn)在以硅太陽(yáng)電池作電源，操作簡(jiǎn)單，不耗柴油，而且?guī)缀醪恍枞魏尉S修十分方便經(jīng)濟(jì)，（見下圖）圖13.2克土車站太陽(yáng)電池鐵路信號(hào)設(shè)備電源減少了列車通過時(shí)的撂閘次數(shù)，節(jié)約煤炭。減少一次撂閘，可省煤100公斤左右。附：車站信號(hào)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖試點(diǎn)站信號(hào)電源系統(tǒng)蓄電池組可靈活地通過各自的雙投刀閘并關(guān)與硅太陽(yáng)電池方陣浮充對(duì)負(fù)載供電，必要時(shí)將雙投開關(guān)投向另一端，則可由柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流性能的充電電屏對(duì)這組蓄電池補(bǔ)充充電。農(nóng)牧業(yè)設(shè)備電源缺少交流電源的廣大農(nóng)牧業(yè)地區(qū)，是推廣應(yīng)用太陽(yáng)電池的廣闊天地。采用太陽(yáng)電池為農(nóng)牧業(yè)的小型設(shè)備解決電源供應(yīng)問題。對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。1、電圍欄電源畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)的重要組成部分。我國(guó)草原面積達(dá)43億畝，其中可以利用的有33億畝，此外南方還有10多億畝草山草坡，具有發(fā)展畜牧業(yè)的良好條件。為了發(fā)展畜牧業(yè)，防止草原退化，許多畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，早已用科學(xué)的劃區(qū)輪牧制，代替落后的游牧方式，所謂劃區(qū)輪牧制就是將大片的草場(chǎng)劃分為若干個(gè)區(qū)，以一定數(shù)量的畜群和相等的時(shí)間，按區(qū)輪流放牧，這樣，放牧強(qiáng)度不致過大，因而有利于草場(chǎng)的更新復(fù)壯，我國(guó)也在推廣這種放牧方式。要“輪牧”就要“劃區(qū)”，并要用圍欄將各輪牧區(qū)圍起來，圍欄內(nèi)設(shè)有飲水點(diǎn)，畜群在欄內(nèi)平時(shí)不用人管，只在轉(zhuǎn)欄時(shí)才由牧民將畜群趕到計(jì)劃中的另一個(gè)圍欄里去。由于建設(shè)圍欄是搞好草場(chǎng)建設(shè)、發(fā)展畜牧業(yè)的基礎(chǔ)，所以各畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，盡管圍欄工程浩大，也都異常重視，如新西蘭花了四億元在全國(guó)建成了總長(zhǎng)達(dá)80.5萬公里圍欄，澳大利亞已在60億畝的草原上建立起了圍欄。目前世界各國(guó)的圍欄按結(jié)構(gòu)材料分，主要有石土矮圍欄，刺鐵絲及鐵絲圍欄，生物圍欄電圍欄等，圍欄是最近幾年發(fā)展起來的一種新興型的圍欄，有很多優(yōu)點(diǎn)，前途廣泛。它通過一個(gè)高壓脈沖發(fā)生器把普通電源的電流變成高壓主脈沖電流然后送到圍欄的鐵絲上，當(dāng)牲畜角及圍欄上的鐵絲時(shí)，就會(huì)受到高壓電流的電擊，迅速避開，這樣受擊多次后牲畜就建立起了條件反射，以后就不敢再碰觸圍欄上的鐵絲了。太陽(yáng)電池蓄電池太陽(yáng)電池蓄電池高壓脈沖發(fā)生器放牧柵原理圖利用太陽(yáng)電池制成的電圍欄，經(jīng)濟(jì)效果好，使用管理簡(jiǎn)單，深受廣大牧區(qū)歡迎，很有推廣價(jià)值。2、黑光燈電源害蟲是農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的大敵，消滅害蟲，保護(hù)農(nóng)作物和森林，是搞好農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的重要措施之一。防止害蟲的主要辦法，有生物防治，生物防治，物理防治等數(shù)種。應(yīng)用黑光燈防治害蟲屬物理防治法。實(shí)踐證明，它是貫徹“預(yù)防為主，綜合防治”植保方針的一項(xiàng)效果顯著，好處很多的技術(shù)措施，值得有計(jì)劃、有步驟、因地制宜地加以推廣，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：能消滅大量的有效蟲源，誘捕的害蟲種類多，數(shù)量大，雌蟲多，抱卵率高?？蓽p少農(nóng)藥用量，減輕污染，有利于保護(hù)天敵?？晒?jié)省農(nóng)藥費(fèi)的開支，減少人工，降低成本。對(duì)益蟲和天敵傷害極少，與生物防治無矛盾，有利于保護(hù)水產(chǎn)，牲畜和蠶?？捎糜陬A(yù)報(bào)和科學(xué)研究，提高植保水平。按所用電源劃分，黑光燈有交流燈和直流燈之分。交流燈要用大量電桿、電線、投資大，并常受電網(wǎng)的影響，用電缺乏保證。直流燈要用許多蓄電池，管理麻煩，維護(hù)復(fù)雜，經(jīng)常充電，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。為此有關(guān)工廠研制了以太陽(yáng)電池作能源的太陽(yáng)能黑光燈，（如圖13.5所示）。它使用簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，壽命較長(zhǎng)，易于管理，因而深受歡迎。太陽(yáng)能黑光由如下五個(gè)部分組成：（1）太陽(yáng)能收集器（硅太陽(yáng)電池）（2）蓄電池（3）直流變換器（4）黑光燈管（5）支架及集蟲器。圖13.5太陽(yáng)能黑光燈3、割膠燈電源橡膠是四大工業(yè)原料之一，是舉世公認(rèn)的重要戰(zhàn)略物資，在國(guó)防建設(shè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著十分重要的作用和廣泛的用途。我國(guó)的天然橡膠植物業(yè)，建國(guó)以前基本上是空白，建國(guó)后在黨中央的關(guān)懷下，從無到有，從小到大，逐步發(fā)展起來。截止1978年底，我國(guó)的橡膠種植總面積已達(dá)571萬畝。在世界28個(gè)橡膠國(guó)中，位居第四，產(chǎn)量位居第六。在橡膠生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是割膠。而割膠的照明燈具是割膠的重要生產(chǎn)工具之一。過去，我國(guó)割膠的照明燈具，一直沿用國(guó)外的乙炔燈。它的缺點(diǎn)是（1）氣味難聞，有礙膠工健康（2）乙炔在運(yùn)輸和使用中損耗較大（3）不夠安全，有時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，有時(shí)會(huì)燃料膠工頭發(fā)（4）光斑小，亮度不高且不穩(wěn)定。為了解決這些問題，我國(guó)的有關(guān)院、所、廠合作，經(jīng)過幾年努力，研制出了一種新型割膠燈具，（見下圖13.6）。它由氪氣泡照明燈頭和開口式5安時(shí)鎳鎘蓄電池組成。與乙炔燈相比，它有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）照明燈泡采用2瓦氪氣泡，光電轉(zhuǎn)換效率高（2）燈頭的反射罩采用真空鍍鋁工藝，反射性能好，光能利用率高（3）無刺激性氣味（4）不怕風(fēng)吹（5）光斑大，光斑亮度高且穩(wěn)定（6）蓄電池可充電九百多次，節(jié)省開支（7）使用安全方便。圖13.6太陽(yáng)能割膠燈我國(guó)的橡膠農(nóng)場(chǎng)，主要分布在海南、廣東、湛江、汕頭等地區(qū)，云南的西雙版納、紅河、臨滄、德宏地區(qū)，廣西的玉林、欽州，南寧地區(qū)，福建的龍溪地區(qū)，其中不少農(nóng)場(chǎng)地僻人稀，遠(yuǎn)離電網(wǎng)，無交流電源可供使用。為此，又研制了專供給割膠燈蓄電瓶充電用的硅太陽(yáng)電池充電器和充電站，充電站可設(shè)置在一個(gè)固定的地點(diǎn)，為割膠燈的蓄電瓶集中充電。太陽(yáng)電池充電站的功率，可根據(jù)充電蓄電池的多少來確定。每燈具可配兩套蓄電池，一套充電，一套使用。這樣，太陽(yáng)電池充電站就可不必另配貯能裝置了。四、廣播、電視、通信設(shè)備電源在偏僻的山區(qū)，分散的海島、遼闊的草原，應(yīng)用廣播、電視、通信設(shè)備是非常重要和必需的。對(duì)于發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、改善人民生活、鞏固國(guó)防，加強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)有很大意義。而這些地區(qū)，一般均無交流電源可資利用。因此，這些設(shè)備的電源保障，就成為了突出的關(guān)鍵問題。僅以電視差轉(zhuǎn)機(jī)電源為例，說明太陽(yáng)電池作電源的優(yōu)勢(shì)和巨大潛力。電視是現(xiàn)代化的宣傳教育工具和文化娛樂手段，它融合廣播、新聞、教學(xué)、電影、戲劇、音樂，美術(shù)等因素為一體，繪影繪聲，形象生動(dòng)，對(duì)于宣傳黨和國(guó)家的方針政策普及科學(xué)文化知識(shí)，活躍人民生活，具有重要意義，但是我國(guó)人口眾多，土地遼闊，因此許多遠(yuǎn)離電視發(fā)射臺(tái)的邊遠(yuǎn)城鎮(zhèn)、山區(qū)、海島上工廠、學(xué)校、部隊(duì)、牧區(qū)等收不到電視，為了滿足這些地區(qū)人民群眾收看電視的需要，必須裝設(shè)電視差轉(zhuǎn)機(jī)，而這些地區(qū)差轉(zhuǎn)機(jī)工作的條件一般比較差，且依靠常規(guī)能源一般有困難，應(yīng)用太陽(yáng)電池為電源的電視差轉(zhuǎn)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)1980年首次研制成功的太陽(yáng)電池電視差轉(zhuǎn)機(jī)（見下圖13.7），是一部晶體管化，各種電源，全自動(dòng)、黑白彩色兼容的小功率電視變頻轉(zhuǎn)播機(jī)，輸出功率為100mw，覆蓋半徑超過3公里，該機(jī)小巧輕便，價(jià)格低廉，不用外供電源，無人值守，不用機(jī)房，采用160片直徑為45mm的硅太陽(yáng)電池組成兩組，每組各用80片太陽(yáng)電池串并聯(lián)而成的電源。自1980年3月在廣西陽(yáng)朔縣城外的東嶺山上安裝使用以來，情況良好，工作正常。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)有圖13.7太陽(yáng)能彩色電視差轉(zhuǎn)機(jī)40分貝左右時(shí)，即能轉(zhuǎn)播出良好的圖案及伴音，場(chǎng)強(qiáng)再?gòu)?qiáng)一些，彩色圖象也出來了。使用證明，太陽(yáng)電池電視差轉(zhuǎn)機(jī)，性能良好，價(jià)格便宜，供電方便，管理簡(jiǎn)單，很有推廣價(jià)值，它的主要優(yōu)點(diǎn)如下：建臺(tái)簡(jiǎn)易，收效快捷。既不需機(jī)房，又不需架電源線建臺(tái)后不需專人管理，使用方便，節(jié)省人力使用太陽(yáng)電池作電源，轉(zhuǎn)播機(jī)自成閉合回路，與大地?zé)o關(guān)，不易受雷擊，設(shè)置也簡(jiǎn)單，便于在高山建臺(tái)節(jié)省投資。建一個(gè)普通的小功率差轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)房，架電源線建地約需5000~6000元，現(xiàn)在這三項(xiàng)皆可省掉，而太陽(yáng)電池和鎘鎳蓄電池僅需1800~2000元。作為光伏抽水灌溉系統(tǒng)能源我國(guó)西藏大部，新疆南部、青海、和內(nèi)蒙古西部干旱少雨，河流稀少，地表水缺乏。地下水埋深10m以上，但儲(chǔ)量較豐富，且這些地區(qū)的太陽(yáng)能資源豐富，灌溉季節(jié)正是太陽(yáng)峰值期，所以對(duì)利用太陽(yáng)能進(jìn)行提水灌溉非常有利，光伏抽水系統(tǒng)主要包括三部分：光伏陣列，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電；馬達(dá)或泵；蓄水和分水系統(tǒng)，框圖如下：太陽(yáng)能太陽(yáng)能光伏陣列直流電電力調(diào)節(jié)裝置浮動(dòng)馬達(dá)/泵貯水箱主出水管小型分水滴管太陽(yáng)能泵一般可用于需水量較大的場(chǎng)合，可分散設(shè)置或靠近用水地點(diǎn)設(shè)置，灌溉設(shè)備的參數(shù)選擇取決于具體地點(diǎn)的太陽(yáng)輻射、氣溫、水泵出力，機(jī)械技術(shù)方面的也界條件等。下面以一個(gè)示范點(diǎn)為例將1KW太陽(yáng)能泵抽水費(fèi)用和同等規(guī)格的柴油機(jī)進(jìn)行比較，示范點(diǎn)位于內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗，距包頭26KM，屬伊克昭盟，位于庫(kù)布齊沙漠邊緣，比較如下：1、光電提水設(shè)備費(fèi)如下：1KW太陽(yáng)電池2.5萬元；BOS系統(tǒng)2500元；專用水泵800元；附件500元；安裝費(fèi)600元，年維護(hù)費(fèi)150元；在Ⅱ類太陽(yáng)能源區(qū)，揚(yáng)程20m，4~8月可抽水32000m3，太陽(yáng)電池按20年折舊，其它設(shè)備按10年折舊，則每m3水成本0.055元。2、柴油機(jī)提水費(fèi)如下：設(shè)備費(fèi)1500元；土建費(fèi)3000元；半年人員工資1000元；年維護(hù)費(fèi)610元；每年4~8月提水40000m3，按8年折舊，不計(jì)燃料費(fèi)，每m3水投資0.07元，每噸水燃料費(fèi)0.16元，最后可算得每噸水成本0.23元。現(xiàn)在我國(guó)“三北”地區(qū)，利用光伏滴灌系統(tǒng)澆灌農(nóng)田等，有著重要的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的前景。（取自《新能源》97/10）六、太陽(yáng)電池電源在陰極保護(hù)中的應(yīng)用我們知道，一般埋于地下的天然氣或其它的管道在土壤的性類似于電解液的環(huán)境中長(zhǎng)期浸泡就會(huì)產(chǎn)生腐蝕，嚴(yán)重影響其安全性和使用壽命。特別是長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，由于管道長(zhǎng)，維修和檢查都比較困難。為防止或減緩管道的腐蝕，我們?cè)阡佋O(shè)管道的時(shí)候，就可以隔一定的距離，安裝一個(gè)小型的太陽(yáng)能電池板作為直流電源,它與輔助陽(yáng)極一起以犧牲陽(yáng)極的方法來保護(hù)陰極的金屬管道。所以，對(duì)一個(gè)幾十公里或者更長(zhǎng)的金屬管道進(jìn)行分段保護(hù)，用太陽(yáng)能陣列提供直流電壓是最有效和經(jīng)濟(jì)的方法。各種條件下使用的金屬，一般會(huì)受兩類腐蝕，即化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是金屬與介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)作用時(shí)引起的，它的特點(diǎn)是作用進(jìn)行中沒有電流產(chǎn)生；電化學(xué)腐蝕是另一類極其廣泛的腐蝕，它是由于金屬表面與電解質(zhì)溶液（例如水和土壤）接觸時(shí)，金屬表面上電位不盡相同，有的地方電位高，另一些地方電位低，結(jié)果形成腐蝕原電池。只起傳遞電子作用，不受腐蝕（若不發(fā)生二次腐蝕過程）。因此電化學(xué)腐蝕過程可看成由以下三環(huán)節(jié)組成：在陰極金屬溶解變成金屬離子進(jìn)入溶液中Me——Me++e-（陽(yáng)極過程）電子通過金屬?gòu)年?yáng)極流到陰極在陰極，流過來的電子被溶液中能吸收電子的物質(zhì)（D）所接受e-+D——[D、e-]（陰極過程）以上三個(gè)環(huán)節(jié)是互相聯(lián)系，缺一不可。如果其中一環(huán)節(jié)停止進(jìn)行，則整個(gè)腐蝕過程也停止了。電化學(xué)腐蝕有電流產(chǎn)生。例如，對(duì)于埋設(shè)在含氧量不同的土壤中的金屬管道，就可能形成腐蝕電池，與含氧量較多的砂土接觸的管道，成為腐蝕電池的陰極區(qū)，而與含氧量較少的粘土接觸的管道成為陽(yáng)極區(qū)，受到腐蝕。如下圖13.8所示：圖埋設(shè)在結(jié)構(gòu)不同的土壤中的金屬管道發(fā)生充氣不均勻腐蝕因此可通過如圖13.9所示的外加電流法來保護(hù)金屬管道不受腐蝕。它將直流電源的負(fù)極連接到被保護(hù)的金屬管道上，使被保護(hù)的金屬整個(gè)表面均為陰極，將正極連到難溶的材料如石墨、高硅鐵、碳性鐵氧體，鉛銀合金、鍍鉑的鈦等構(gòu)成的輔助陽(yáng)極，當(dāng)施加的驅(qū)動(dòng)電壓高于金屬所需的最少的保護(hù)電位時(shí)，該管道處于電流保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)于邊遠(yuǎn)的地區(qū)，則太陽(yáng)電池作直流源既經(jīng)濟(jì)又便利。圖13.9外加電流陰極保護(hù)示意圖1.陰極；2.金屬管道；3.絕緣層；4.輔助陽(yáng)極；5.土壤；6.直流電源1980年山東邵陽(yáng)縣輸油泵站安裝了太陽(yáng)能電源供電的地下輸油管道陰極保護(hù)裝置，該裝置采用了300W太陽(yáng)電池，由三塊功率各為100W的小方陣組成，小方陣工作電壓18V，工作電流6A，能自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。蓄電池組由40個(gè)TW—500A的組成，試驗(yàn)表明，性能穩(wěn)定，供電正常，使用效果良好；1982年江蘇射陽(yáng)縣對(duì)有35孔的水閘開展了硅太陽(yáng)電池電源陰極保護(hù)試驗(yàn)，1983年7月使用之后，運(yùn)行正常，保護(hù)效果滿意。七、并網(wǎng)發(fā)電太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)目前主要用于無電或缺電的邊遠(yuǎn)地區(qū)，作為獨(dú)立的電源給家用電器及照明設(shè)備供電。隨著電力的緊張，環(huán)境污染等問題的日趨嚴(yán)重，與公用電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)已顯示出越來越大的競(jìng)爭(zhēng)力。光伏發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行將省去獨(dú)立光伏系統(tǒng)中的貯能環(huán)節(jié)——蓄電池，從而大大減少了電站的維護(hù)，由于蓄電池壽命較短，省去蓄電池后，發(fā)電系統(tǒng)的壽命可與太陽(yáng)能電池的壽命相當(dāng)。與電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，可起到在白天工業(yè)用電高峰期減輕交流電網(wǎng)壓力的作用。它與必須隨時(shí)滿足負(fù)載要求的獨(dú)立光伏系統(tǒng)相比，并網(wǎng)式PＶ系統(tǒng)配置較為簡(jiǎn)單。通?？珊?jiǎn)化為選擇ＰＶ組件和合適的逆變器，以及找出ＰＶ陣列和逆變器的容量之間的正確配比。１９９３年，美國(guó)幾家電力公司宣布，世界上最大的ａ——Ｓｉ光伏電站已通過專家驗(yàn)收正式投入運(yùn)行。該電站位于；加利福利亞州的大衛(wèi)斯。占地２萬ｍ２，造價(jià)１６０萬美元，按合同規(guī)定：提供４００ＫＷ交流電力，滿足１５０戶美國(guó)家庭的需要，它的實(shí)際發(fā)電能力是４７９ＫＷ（ＡＣ），每年發(fā)１００萬ＫＷ.h電能。該電站由原克羅納公司的技術(shù)人員設(shè)計(jì)和安裝，后為ＡＰＳ公司接管。美國(guó)最大的供電公司之一——太平洋煤氣與電力公司以及另外幾家大型電力公司已經(jīng)把這個(gè)電站并入了電網(wǎng)。八、太陽(yáng)電池作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用此外太陽(yáng)電池還可以作為光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，它與其它光電器件相比，有許多優(yōu)點(diǎn)：和光電管相比，它的體積小，重量輕，不怕強(qiáng)光，不需外接電源。與光敏電阻和硒光電池相比，它不易老化，參數(shù)穩(wěn)定，光電積分靈敏度高與充電二極管及充電三極管比，它的價(jià)格較低，線路簡(jiǎn)單它比其它光電器件的壽命都長(zhǎng)，可達(dá)十至二十年根據(jù)使用方式的不同，可將硅光電池制的充電信號(hào)轉(zhuǎn)變器分為以下三類：１、作為光電開關(guān)光電開關(guān)要求有一定的響應(yīng)速度，能夠一有信號(hào)輸入，應(yīng)該立刻有電信號(hào)輸出，且前后相鄰兩個(gè)信號(hào)能分辨清楚，硅光電池的頻率響應(yīng)時(shí)間為１０－４～１０－６秒，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)能很好地起到開關(guān)的作用，這種作用對(duì)輸入的光信號(hào)和輸出的電信號(hào)不要求有特定的聯(lián)系，只要電信號(hào)有可以推動(dòng)下一級(jí)工作的強(qiáng)度即可。光電開關(guān)的應(yīng)用十分廣泛，如無人管理的路燈開關(guān)，機(jī)床上的安全保護(hù)等。２、光電流隨著光照面積大小的變化而變化的應(yīng)用。太陽(yáng)電池光照面積的大小與輸出的電流大小成線性的關(guān)系，面積愈大，硅光電池輸出電流愈大；面積愈小，輸出的電流也變小。例如可利用此特性，把它裝在電影放映機(jī)上作為還音元件（見附圖13.10），也可用于測(cè)量壓縮機(jī)氣缸閥的規(guī)律等。13.10電影光學(xué)還音系統(tǒng)示意圖1.激勵(lì)燈泡；2.聚光燈；3.導(dǎo)光柱；4.運(yùn)行的影片；5.旋轉(zhuǎn)音鼓；6.還音鏡頭；7.機(jī)械隙縫；8.硅光電池３、光電流隨光強(qiáng)度的變化而變化的應(yīng)用硅光電池的短路電流與光照強(qiáng)度成線性關(guān)系，而且對(duì)于微弱的光線，這一關(guān)系仍然存在。于是應(yīng)用這一關(guān)系制成了一種硅光電池顯微光度計(jì)，它可以用來檢測(cè)從極小煤粒或礦物樣品中反射出來的光強(qiáng)度，從而確定煤或礦物對(duì)光的反射率。而反射率是煤的重要物理指標(biāo)之一。對(duì)于研究煤的性質(zhì)，成因及工業(yè)利用具有很大意義。因此，這一儀器在煤炭工業(yè)系統(tǒng)中已獲得較廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用硅光電池的這一特性，還制成了溫度計(jì)、壓力計(jì)、濁度計(jì)等儀器。太陽(yáng)電池電源作為新一代的能量系統(tǒng)，應(yīng)用異常廣泛，上述介紹僅僅是一些典型的應(yīng)用。目前的應(yīng)用還包括作為高速公路的照明及標(biāo)志的信號(hào)電源，氣象自動(dòng)觀測(cè)儀器電源，太陽(yáng)電池游艇，作為無線方式信號(hào)保護(hù)裝置電源，太陽(yáng)電池鐘、太陽(yáng)電池手表、太陽(yáng)電池電視機(jī)等等。應(yīng)該看到，我國(guó)幅原遼闊，部分地區(qū)還沒有電網(wǎng)覆蓋，但太陽(yáng)能資源豐富，例如我國(guó)的青藏高原，地廣人稀，一般沒有高低壓電網(wǎng)，但太陽(yáng)能資源卻非常豐富，大多數(shù)地區(qū)全年日照時(shí)數(shù)在2800－3000h以上，連陰天日數(shù)少，由于空氣稀薄、干燥和潔凈，陽(yáng)光穿透大氣時(shí)，太陽(yáng)輻射能量被削弱的程度也很小，收到的太陽(yáng)輻射能量較大，其中直接輻射占總輻射的６０％以上。所以發(fā)展太陽(yáng)能有很大潛力，前途光明。九．太陽(yáng)能節(jié)能燈太陽(yáng)燈對(duì)于我國(guó)現(xiàn)有的1.96億無電牧民來說太陽(yáng)燈可以說是科技之光，有可能在近期內(nèi)向這些地區(qū)推廣。其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖太陽(yáng)光燈結(jié)構(gòu)框圖由上圖可見，太陽(yáng)燈結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。太陽(yáng)電池板通過防反流二極管向蓄電池充電，由蓄電池向DC－AC逆變器供電。逆變器產(chǎn)生的交流電帶動(dòng)變通熒光燈工作?？刂破靼^充放保護(hù)電路。DC－AC逆變器和熒光燈管實(shí)際是一個(gè)高效直流節(jié)能燈。我國(guó)自行研制太陽(yáng)燈始于70年代。但是長(zhǎng)期以來有兩個(gè)問題未能徹底解決；（1）蓄電池容易提前損壞（2）熒燈管易發(fā)黑。這兩個(gè)問題雖涉及面較廣，但核心問題是：（1）高效直流節(jié)能燈質(zhì)量問題（2）太陽(yáng)電池——蓄電池——控制器——高效直流節(jié)能燈之間的最佳匹配問題。市售的以熒光燈為基礎(chǔ)的各式商品應(yīng)急燈，結(jié)構(gòu)和太陽(yáng)燈相仿。它是用交流電整流后向蓄電池充電，用蓄電池提供的直流變成20—80KH范圍內(nèi)的交流電去推動(dòng)熒光燈管工作。應(yīng)急燈的目的是停電時(shí)應(yīng)急，一般不重視DC—AC逆變器的效率，也不重視燈管的壽命，使多次使用后的燈管發(fā)黑。線路中也沒有過放保護(hù)電路。所以簡(jiǎn)單地用應(yīng)急燈配上太陽(yáng)電池板是不適宜的。十．太陽(yáng)能光電房美國(guó)和歐共體，都在研究分散型的家用光伏系統(tǒng)。因?yàn)榉稚⑿偷募矣霉夥嚵锌梢苑旁谖蓓敾蚩盏厣?。所以有時(shí)也稱屋頂光伏計(jì)劃。鑒于西方的生活習(xí)慣，家中用電器較多，除了照明、電視、電冰箱之外，要有空調(diào)、電炊具、洗衣機(jī)等，因而需要3~10KW的光伏系統(tǒng)，正在試驗(yàn)分散并網(wǎng)和獨(dú)立系統(tǒng)兩個(gè)模式。獨(dú)立系統(tǒng)在后面會(huì)介紹到，這里只介紹一下分散并網(wǎng)模式。分散并網(wǎng)模式分為兩種情況：（1）無蓄電池系統(tǒng)，如下圖

太陽(yáng)電池板太陽(yáng)電池板逆變器控制器濾波保護(hù)裝置電度表負(fù)載商用電源圖無蓄電池系統(tǒng)太陽(yáng)電池方陣通過DC－AC逆變器直接與電網(wǎng)相聯(lián)，免除了蓄電池系統(tǒng)，節(jié)省了投資和對(duì)蓄電池的維護(hù)。（2）有蓄電池系統(tǒng)：太陽(yáng)電池方陣仍通過DC－AC逆變器與電網(wǎng)相聯(lián)，但自己仍配備蓄電池。如下圖。太陽(yáng)電池板太陽(yáng)電池板熱負(fù)載濾波保護(hù)裝置逆變器控制器充電器電度表負(fù)載充電器蓄電池地圖有蓄電池系統(tǒng)上圖中增加了濾波保護(hù)器一是要濾掉DC—AC逆變器輸出波型中的高頻諧波并確定保同電位同相位可靠聯(lián)網(wǎng)，二是防止電網(wǎng)中的浪涌和突然故障對(duì)太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)的沖擊。許多的太陽(yáng)能發(fā)電的無蓄電池系統(tǒng)并網(wǎng)，因?yàn)橛脩舻姆稚⑿?，有的向電網(wǎng)供電，有的向電網(wǎng)取電，意味著商用電網(wǎng)猶如一個(gè)“耗電網(wǎng)”又是一個(gè)“供電網(wǎng)”。在一定程度上，這些小系統(tǒng)對(duì)商用電網(wǎng)起到了一定的互補(bǔ)和調(diào)峰作用。從電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益分析中，即使把輸電損耗考慮進(jìn)去，仍不失為一個(gè)高效率的發(fā)電系統(tǒng)。有蓄電池系統(tǒng)中的蓄電池容量很大時(shí)，可以把商用電網(wǎng)看成一個(gè)與太陽(yáng)能發(fā)電的備用電源。當(dāng)蓄電池容量不大太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的交換能量比較頻繁。有蓄電池系統(tǒng)如果處于電網(wǎng)未端，則可以比較顯著地改善電網(wǎng)未端的供電質(zhì)量，減少輸電損耗。對(duì)電網(wǎng)有更明顯的互補(bǔ)作用和穩(wěn)定作用。十