B 太阳能发电在新农村中的应用探讨 (2)

第２９卷，总第１７０期 《节 能 技 术 》 Ｖｏ１．２９．Ｓｕｍ．Ｎｏ．１７０２０１　１年１　１月，第６期 ＥＮＥＲＧＹ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｎｏｖ．２０１　１．Ｎｏ．６


太阳能发电在新农村中的应用探讨


于先坤

（安徽工业大学 建筑工程学院，安徽 马鞍山 ２４３００２）

摘 要：为了探讨研究太阳能发电技术在新农村建设中的应用前景，本文以安徽省马鞍山市博望镇三杨村为研究对象，通过问卷调查和实地调研方法对该村的能源消费和建筑能耗等情况进行了解，并以太阳能光伏发电技术中的ＬＥＤ路灯照明系统为例，将新型太阳能ＬＥＤ路灯和传统高压钠灯系统在造价成本和节能减排等方面进行比较分析。结果表明：在造价成本方面，新型太阳能路灯在初始设备费用和光源成本方面并不占优势，但是由于其不需要铺设电缆和消耗电能，一次性成本回收较快；而在节能减排方面，其表现出较强的优越性。因此，太阳能发电技术在新农村建设中具有较大的应用发展空间，同时又能够满足国家“十二五”规划中关于节能减排的目标

关键词：新农村建设；太阳能发电；节能减排

中图分类号：ＴＫ５１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６３３９（２０１１）０６—０５５６—０４

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｓｏｌａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ

ｉｎ　Ｎｅｗ　Ｒｕｒａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ＹＵ　Ｘｉａｎ—ｋｕｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ’ａｎｓｈａｎ　２４３００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｘｐｌｏｒｅ　ｔｈｅ　ｓｏｌａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｒｕｒａｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｐｐｌｉ—ｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ，ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｅ　ｔｏｏｋ　Ｓａｎｙａｎｇ　ｖｉｌｌａｇｅＢｏｗａｎｇ　Ｔｏｗｎ　Ｍａｎｓｈａｎ　ｃｉｔｙ，ｉｎ　Ａｎｈｕｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａ

，

ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅ　ａｎｄ　ｏｎ—ｔｈｅ—ｓｐｏｔ　ｉｎｖｅｓｔｉｇ

ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｔ’ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｅｔｃ，ａｎｄ　ｗｉｔｈ　ｓｏｌａｒ　ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌ—

，

ｏｇｙ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ　ＬＥＤ　ｌｉｇｈｔｉｎｇ，ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｏｌａｒ　ＬＥＤ　ｓｔｒｅｅｔ　ｌａｍｐｓ　ａｎｄ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｏｄｉｕＨｌ　ｉｎｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｃａｍｙｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｃｏｓｔ．ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｏｌａｒ　ｓｔｒｅｅｔ　ｌａｍｐｓ　ａｒｅｎ’ｔ　ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｃｏｓｔｓ　ａｎｄ　ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ　ｃｏｓｔｓ　ｈｕｔ　ｗｉｔｈ　ｎｏ　ｃａｂｌｅ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｈａｖｉｎｇ　ｆａｓｔｅｒ　ｏｎｅ—ｔｉｍｅ　ｃｏｓｔ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ；ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ

，

ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｎｅｗ　ｓｏｌａｒ　ｓｔｒｅｅｔ　ｌａｍｐｓ　ｈａｓ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ．Ｓｏ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗｒｕｒａｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｏｌａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｈａｓ，ａｎｄ　ｃａｎ　ａｌｓｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｇｏａｌｓ　ｏｆ　ｔｈｅ“Ｔｗｅｌｖｅｔｈ　Ｆｉｖｅ—ｙｅａｒＰｌａｎ”．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｅｗ　ｒｕｒａｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｓｏｌａｒ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ收稿日期 ２０Ｉ１—０８—２４ 修订稿日期 ２０１１—１０—２Ｉ

基金项目：国家“ 五”科技支撑计划课题——村镇件宅设备 ０ 前言

标准化技术研究与软件开发（２００８ＢＡＪ０８Ｂ０７）． 近年来，全国各地不同程度的出现了用电紧张作者简介：于先坤（１９８７～），男，硕＿＿＝研究

生，主要从事太阳能

应Ｊ｝１等方面的研究。 的现象，先后出现了拉闸限电，季节性、时段性缺电? ５５６?

的问题。据统计，目前我国照明用电占全国总用电 的发展前景　］。地球每天接受的太阳辐射能约相量的１２％，２００８年达到４　１００亿ｋＷ?ｈ，相当于英国 当于２．５亿万桶石油　Ｊ，太阳能发电具有火电、水全国一年的用电量，而户外道路照明又占整个照明 电、核电所无法比拟的清洁性、安全性和资源的广泛用电量的３０％…，而提供电力的矿物能源燃烧的同 性等优点。表１为我国太阳能资源的划分　，由表时带来了严重的空气污染。与常规能源相比，作为 中信息可得，我国大部分地区年日照时数均在地球上最普遍的可再生能源之一的太阳能具有广阔 ２　２００　ｈ以匕

表１　中国太阳能资源的划分

Ｔａｂｌｅ．１　Ｔｈｅ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｓｏｌａｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ


作为一种新型能源和产业，与其他成熟技术产 源价格：蜂窝煤０．３／块，电０．５８元／ｋＷｈ，液化气７５业相比，有优势也有不完善的地方，例如性价比、管 元／１５　ｋｇ），从图１可知，该村７３．０３％的能源消费集理维护、环保等方面。本文通过对安徽省马鞍山市 中在电费上，费用高达１２万元／年，节电措施迫在博望镇小康示范村——三杨村进行实地调研，了解 眉睫。

该村的能源使用状况，分析太阳能路灯系统应用的

可行性，并在此基础上进行综合经济效益分析，希望

可以为新农村建设中倡导普及太阳能提供理论

依据。

血

１　调查方法及调查地区概况

１．１ 调查方法

２００９年８月２日～１０日，对三杨村辖区内的居

民进行上门问卷调查，问卷内容包括居住环境，能源 图１能源消费结构

消费等方面，共发放问卷 １４０份，回收有效问卷 Ｆｉｇ．１　Ｅｎｅｒ￣ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

１２０份。

１．２ 调查地区气象资料 １００

９Ｏ

博望镇位于安徽省马鞍山市最东端，长江下游 ８Ｏ

南岸，其中三杨村总面积１０　ｋｍ　，总农户１　６９６户。

新建的三杨新村占地３４　４３９　ｍ　，入住农户１８９户，

２０

户均占地１２６　ｍ　。地处北纬３１。４６　４２”～３１。１７　２６ １０

Ｏ

与东经１１８。２１　３８”～１１８。５２　４４”之间，海拔７．１　ｍ，亚 １９９９　２Ｏ００　２００１　２００２　

２００３　２０ｏ４　２５００５　２００６　２Ｏｏ７　２００８　２００９　２０１０热带湿润季风气候，年均气温１５．７０Ｃ。太阳能年辐 安装年份，年

射量参照表１中的Ⅲ类地区，取平均峰值日照时数 图２ 太阳能热水器安装率

Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ３．９４　ｈ，连续阴雨天数按５天计，两个连续阴雨天数 ｒａｔｅｓ

之间的设计最短天数按１５天计。

１．２．１ 能源消费结构情况 １．２．２ 太阳能使用情况

调查区域年平均能源消费结构如图１所示（能 新村统一规划，由政府积极引导，太阳能安装率

?５５７?较高，高达９９．１％。图２为该村太阳能热水器安装 能电池组件和蓄电池容量，以达到可靠性和经济学的率变化趋势图 ，截止２００９年，该村的太阳能热水 最优化设计。设计资料：每天工作时数８．５　ｈ，马鞍山器安装率接近１００％。由此可以得出，该地区太阳 地区近二十年日均辐射量为１２．０６　ＭＪ／ｍ　ｄ。根据能资源比较丰富，应用太阳能路灯系统具有可行性。 文献［１０］的分析结论，结合应用区域为农村的实际情２ 技术经济分析 况，分别选用输出功率７５　ｗ的太阳能电池组件和

１２Ｖ／９０ＡＨ的全密封免维护的铅酸蓄电池。

太阳能作为无限可再生能源，逐步替代常规能 ２．２．３　光源

源已是大势所趋，太阳能光伏发电、供暖等建筑一体 采用何种光源是太阳能灯具能否正常使用的重化技术在农村节能建筑中具有广阔的应用前景。ｊ。 要指标，太阳能灯具的选择要综合考虑价格、寿命、本文仅以太阳能光伏发电技术中的太阳能照明为 可靠性、光效、功率和均匀度等因素。根据２００７年例，介绍了新型太阳能路灯安装设计以及经济效益 实施的《城市道路照明设计标准》，乡镇道路属支路分析。 （ｍ类），应符合平均亮度０．５～０．７５　Ｌａｖ（Ｃｄ／ｍ　），２．１　太阳能路灯工作原理 平均照度８～１０　Ｅａｖ（Ｌｘ）的设计标准…　。光源选择

太阳能路灯主要是通过太阳能板的光生伏特效 目前比较流行的节能灯ＬＥＤ，ＬＥＤ具有光效高，可应原理，白天吸收太阳能光子能量产生电能，通过控 以达到２５～５０　Ｌｍ／Ｗ，且寿命长，使用寿命叮达制器储存在蓄电池中，当夜幕降临或光电板周围光 １００　０００　ｈ等优点。

照较低时，蓄电池通过控制器向光源供电，

通过设定 ２．２．４ 防雷接地及抗风设计

一 定的时间后切断供电达到照明的功效。其必需的 为了提高路灯的防雷能力和运行安全，ＬＥＤ路基本结构包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池和 灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻不大于１０　Ｑ。光源灯具。太阳能路灯具有节能、环保、无污染、寿 ＬＥＤ路灯的工作电压一般为１２　Ｖ或２４　Ｖ，属安全命长、无地域限制，适合于常规电网难以延伸到的偏 电压，不需要做电气保护接地。太阳能电池组件应远地　等优点。 当能承受当地的风速而不至于损坏，灯杆和基础的２．２ 方案设计 抗风设计与灯杆结构，电池板高度和倾角等有关，应２．２．１　安装倾角 根据实际情况进行计算和设计。

为了让太阳能电池组在一年中接收到的太阳辐 ２．３　造价成本与节能效益分析

射尽可能的多，需要选择一个最佳安装倾角。根据 常规高压钠灯路灯系统灯具寿命约为４　０００　ｈ，文献 的分析结果，太阳能电池组件布置倾斜角 系统总成本包括：初始设备费，灯具更新以及维护费度取当地的纬度３１。。 和电费。而太阳能路灯系统的蓄电池寿命理论上可２．２．２　太阳能电池板和蓄电池容量 达１Ｏ～ｌ５年，太阳能电池组件寿命达２０～２５年，

确定太阳电池和蓄电池容量的组合，既是在保证 ＬＥＤ灯寿命按４０　０００　ｈ　计。系统总成本包括：初路灯负载可靠性需要的前提下，确定使用最少的太阳 始设备费，蓄电池和照明灯具更新费等。

表２初始设备费用成本比较

Ｔａｂｌｅ．２　Ｉｎｉｔｉａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｃｏｓｔｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ


附：饧村辖区内路灯数按２００盏，每隔２Ｏ米布置 ?盏计，以Ｉ　价均为市场报价。

? ５５８?

耗电成本，以每天每盏亮灯１０　ｈ，市政用电１ 为无污染且取之不尽的绿色能源太阳能将会日益受元／ｋＷｈ，常规高压钠灯路灯系统每年的电费为２００ 到重视。目前太阳能应用道路照明也存在一些不足×１５０×１０×３６５＝１０９　５００　０００　Ｗ，合１０９　５００　ｋＷｈ 之处，比如由于太阳能市场上质量的良莠不齐，产生电，折合人民币为１０．９万元。而太阳能路灯系统采 的亮灯率和太阳能电池转换率以及寿命问题，而解用的是太阳能发电，无耗电成本费用。设备更新费 决这些问题的有效措施就是规范市场，同时建立太用主要集中在灯具更新费用上，由于两套路灯系统 阳能照明的行业

或国家标准。通过以上的分析比更换均需产生人工费用，因此在这里为了方便比较， 较，可以看出太阳能路灯技术在经济效益上可行，一不考虑在人工方面的费用。高压钠灯与ＬＥＤ灯寿 次性成本回收较快，节能效果显著，同时可以降低污命比约为１：１０，即高压钠灯依据理论上的寿命更换 染气体的排放。太阳能发电技术在新农村建设中的１Ｏ次，ＬＥＤ灯仅需更换１次，更新费用如表２所示， 推广应用，对于促进经济社会可持续性发展和我国分别为３０万元和８０万元，所以在ＬＥＤ灯第一个使 正在实施的节能减排都具有长远的意义。用周期（５年）内，高压钠灯需更换１０次，传统高压

钠灯路灯系统总成本：８４＋（３０×１２）＋（１０．９×５） 参考文献

＝４９８．５万元。而太阳能路灯系统总成本：１７７＋８０ ［１］郭起宏．太阳能应用于道路照明的若干瓶颈问题研：２５７万元，即太阳能路灯系统在第一个使用周期 究［Ｊ］．中国照明电器，２０１０，１４：６—９．

内就可以显现出经济上的优势。 ［２］严陆光．力促大规模非水可再生能源发展［Ｊ］．电网

通过以上的经济分析比较，可以看出：太阳能路 与清洁能源，２００９，３（３）：１—４．

灯系统替代常规高压钠灯路灯系统在初始设备费用 ［３］张涛，丁光训．道路照明中应用太阳能路灯的探讨和光源成本方面并不占优势，但是在铺设费用和耗 ［Ｊ］．光源与照明，２００９（３）：２２—２４．

［４］王晏，甘贵林．太阳能路灯在城市中的应用探讨电方面，太阳能ＬＥＤ路灯由于不需要铺设电缆和消 ［Ｊ］．青海科技，２００８（４）：１０—１２．

耗电能，因此可以弥补光源成本方面的差距，并且区 ［５］钱付平，于先坤．村镇住宅建筑节能技术经济分析域越大，布置安装数量越多，太阳能路灯系统更能显 ［Ｊ］．节能技术，２０１０，２８（２）：１５４—１５７．

示出其优越性。不但减轻了区域内的能源负担，同 ［６］王志新，刘立群．风光互补技术及应用新进展［Ｊ］．时也产生巨大的环境效益和社会效益，按照每节约 电网与清洁能源，２００８，ｌ１（５）：４Ｏ一４５．

１度电可节约了０．４　ｋｇ标准煤，减排０．７８５　ｋｇ— ［７］陈维，沈辉．太阳能ＬＥＤ路灯照明系统优化设计ＣＯ　１３］来计算，仅一个三杨村每年就可以节约标准 ［Ｊ］．中山大学学报：自然科学版，２００５，１１（４４）：９５—９８．煤约４４　ｔ，减

排ＣＯ　约８６　ｔ，实现了真正的无污染绿 ［８］赵春江，朱元昊．２００　ｋＷ太阳能光伏发电系统设计色照明。 实践［Ｊ］．节能技术，２００７，２５（４）：３２６—３２９．

［９］曹雯，申双和．我国太阳日总辐射计算方法的研究３　结语 ［Ｊ］．南京气象学院学报，２００８，３１（４）：５８７—５９１．

［１０］吴国楚．太阳能路灯的工作原理及设计［Ｊ］．青海

考虑到城市道路主次干道的照明需求和相关控 科技，２０１０（５）：１１４—１１５．

制，目前太阳能路灯系统还只能满足城市居民区、公 ［１１］ＣＪＪ　４５—２００６，城市道路照明设计标准［Ｓ］．园和乡镇农村等非主干路上的照明需求。但随着地 ［１２］刘东旗．推广太阳能路灯以实现节能减排［Ｊ］．建球资源的日益匮乏和基础能源成本的不断攀升，作 筑电气，２００９（２３）：７０—７２．

（上接第５５５页）

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ｗｈｉｌｅ　ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｆｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｃｏｎｄｉ— ［６］Ｋａｗａｍｕｒａ，Ｈａｒａｄａ　Ｋ，Ｉｓｈｉｈａｒａ　Ｙ，ｅｌ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ＰＶ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ『Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｏｉｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅ— ＭＰＰＴ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎ—ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００６，５３（４）：１０５５—１０６５． ｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ，１９９７，４７（４）：１５５—１６５．

［３］华锡锋．浅谈光伏建筑一体化在超高层建筑珠江城 ［７］崔岩．太阳能光伏系统ＭＰＰＴ控制算法的对比研究项目的应用［Ｊ］．电气应用，２０１０，２９（１５）：５４—５８． ［Ｊ］．太阳能学报，２００６，２７（６）

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［４］刘宇恒．太阳能板自动朝阳转向器［Ｊ］．控制工程，

?５５９?