太阳能产品在高速公路交通管理设施工程中应用的可行性应用报告

1、太阳能产品在高速公路交通管理设施工程中应用的可行性应用报告 二o一一年五月目 录目 录1一、概述2（一）太阳能光伏发电照明系统的原理及特点2（二）光伏照明系统在高速公路交通管理设施中的应用2二、太阳能收费雨棚照明系统、路灯系统设计3（一）项目概况3（二）太阳能系统配置方案3三、效益分析5（一）经济效益分析5（二） 环境效益8（三） 社会效益9一、概述（一）太阳能光伏发电照明系统的原理及特点1、原理：太阳能供电是国际上公认并倡导的绿色供电方式，它具有节约能源、减少污染的特点。太阳能电池板把太阳能转化为电能，经过大功率二极管及控制系统给蓄电池充电。充电到一定程度时，控制器内的自保系统动作，切断充电

2、电源。晚间，太阳能电池板充当了光电控制器，启动控制器，蓄电池给照明灯供电，点燃照明灯；凌晨，太阳能电池板又充当了光电控制器，启动控制器，切断照明灯电源，重新开始进行转化太阳能为电能的工作。在太阳能灯燃亮时，还能够根据设置进行调光。2、特点：（1） 太阳能独立电站系统使用寿命25年；（2） 全封闭免维护铅酸蓄电池400ah/2v，寿命10年以上；（3） 太阳能电池板：单/多晶硅太阳能电池组件效率15以上，功率130w，寿命25年以上；（4） 控制系统：采用均衡维护充电，大电流快速充电，涓流巩固充电方式进行充电，其中充电过程采用pwm调制方式，具备延长蓄电池寿命的负脉冲缓冲充电过程，使用寿命达到2

3、5年以上（5） 使用温度：摄氏-40至50度，具有低温工作功能；（6） 照明时间：每天工作14小时，可连续工作2个阴雨天；（7） 功耗低：led灯具功耗是一般高压钠灯的50-60%左右，具有显著的节能效果；（8） 显色指数高：led灯具色温3000-7000k可选，显色指数80以上，led灯具发出的光线更接近自然光，对颜色的显现更真实、鲜艳、辨识性强。（9） 寿命长：led灯具是固体冷光源，使用寿命10万小时；（10） 绿色光源：led灯光线稳定，无频闪，无紫外线和红外线、无不良眩光，无光污染，消除了不良眩光所引起的刺眼、视觉疲劳与视线干扰，提高驾驶的安全性，减少交通事故的发生；（二）光伏照明

4、系统在高速公路交通管理设施中的应用太阳光取之不尽用之不竭，能源成本为零，只要有阳光就可以独立安装，施工简单，人工和辅助材料成本低，非常适合应用在高速公路的电力系统设计当中。具体应用例如服务区场区照明、收费站雨棚照明和隧道的有源诱导等。高速公路服务区一般场地比较空旷，非常适合做太阳能光伏电站，可以给路灯夜间照明。高速公路收费站雨棚非常适合做光伏建筑一体化，不仅清洁环保，而且系统稳定、可靠性高。二、太阳能收费雨棚照明系统、路灯系统设计（一）项目概况析木服务区、析木收费站位于丹东至锡林浩特高速公路东港至海城段。析木收费站车道总数为5个，进2出3，收费站出口指向正南方向。每个车道安装3盏，共15盏照明

5、灯。雨棚棚顶高7米，灯头采用100w/220v led灯。收费雨棚为平顶设计，适合以太阳能电站的形式给照明灯供电。收费站照明灯工作时间14小时（光控整夜亮灯），按2个连阴天设计太阳能供电系统。析木服务区在高速公路两侧对称分布，其中南北两区路灯各23盏，灯杆高8m，灯头采用60w/220v led灯。本服务区采用集中太阳能路灯供电系统,以太阳能电站的形式给路灯供电。南北服务区路灯供电采用分离方式，南北服务区各安装太阳能电站系统，供服务区路灯照明使用。服务区路灯工作时间14小时（光控整夜亮灯），按2个连阴天设计太阳能供电系统。太阳能照明系统建设时原常规供电系统仍然建设，采用市电作为补充电源，提高系

6、统运行可靠性。考虑到供电距离较远，负载采用dc220v供电系统，以减少电压损失，避免由于超过2天连阴天造成照明灯熄灭的情况发生。（二）太阳能系统配置方案1、析木收费站系统配置表1-1 析木收费站系统配置表负载数量材料数量15盏太阳能电池板135w/17v72铅酸蓄电池400ah/2v（带电池柜）110控制器60a/220v1led灯头100w/220v15太阳能电池板支架9720w1套市电切换、汇流及配电等装置1套太阳能电池板平铺在雨棚顶部，靠近北向摆放。太阳能电池板支架采用落地式支架，系统电池板为18块电池板串联，4串并联，每组板架占地1 ，电站总净占地面积为72。2、析木服务区系统配置表2

7、-1单侧服务区系统配置表负载数量材料数量23盏太阳能电池板130w/17v72铅酸蓄电池400ah/2v（带蓄电池柜）110控制器220v/50a1led灯头220v/60w（其它厂家提供）23太阳能电池板支架93601套汇流、配电及市电切换装置1套太阳能电池板摆放在距离汽修间至少12m以外的草坪空地上，方阵间距4.5m，南偏西10°摆放，位置布局详见设计图纸。太阳能电池板支架采用落地式支架，130w/17v 4块一组，系统电池板为18块太阳能电池板串联，4串并联，因此每串需要4.5组板架，每组板架占地1.2m×3m，半组支架占地1.2m×1.5m，单侧板架净占地

8、面积为65m2，根据服务区现有场地情况，板架需要摆放4排，每排间距至少为板架高的3倍，即4.5m，因此考虑方阵间距的占地面积为248m2。3、蓄电池布局及占地面积蓄电池可以摆放在配电室内，可采用铅酸蓄电池，蓄电池配有蓄电池柜。根据蓄电池尺寸规格，单层摆放，净占地面积为3.7，高度不超过350mm，配合蓄电池柜，占地面积不超过10，另外蓄电池可以双层或多层摆放，根据室内情况调整，占地面积可以节约一半以上，蓄电池柜不超过1.5m。蓄电池柜为组装结构，可在室内进行组装，不影响正常建筑设计。三、效益分析 因太阳能系统采用市电作为备用电源，电力供应系统投入与常规电力供应系统投入相同，效益分析中不再重复对

9、比。（一）经济效益分析表3-1收费站太阳能系统与电力照明灯系统造价对比表太阳能供电系统电力供电系统材料型号数量造价（万元）型号数量造价（万元）太阳能电池板135w/17v72块13.6_蓄电池400ah/2v110个7.92_控制器220v/60a1套2.5控制柜1套2.5太阳能电池板支架9720w1套4.86_汇流、配电及市电切换装置1套2.1_电缆vv-2×25mm270m0.28电线rvv-2×2mm2120m0.05小计31.31安装及运输10%3.13服务及售后3%0.9合计35.34利润10%3.5税金7%2.2合计41.04灯头及灯杆led100w/220v1

10、5盏5.25钠灯250w15盏2.925总计46.295.425表3-2服务区太阳能系统与电力路灯系统造价对比表太阳能供电系统电力供电系统材料型号数量造价（万元）型号数量造价（万元）太阳能电池板130w/17v14426.2蓄电池400ah/2v22015.84控制器220v/50a2525太阳能电池板支架9360w2套9.36汇流、配电及市电切换装置24.2电缆vv-2×25mm280m0.32电线rvv-2×2mm22000.1小计61.02安装及运输10%6.102服务及售后3%1.83合计68.95利润10%6.895税金7%4.27合计80.12灯头及灯杆led6

11、0w/220v4623高压钠灯250w,10m4018.2 总计103.1223.2以太阳能照明系统全生命周期25年为基础，进行成本分析计算。1、 收费站雨棚照明运行成本分析。（1）使用传统高压钠灯照明系统的运行成本析木收费站收费雨棚共需15盏250w高压钠灯对收费车道进行照明，平均每天照明时间为12小时，目前用电电价0.9元/kwh，考虑电价平均每年上涨0.05元/ kwh，高压钠灯镇流器损耗20%，夜晚电压过高浪费电能10%，则使用高压钠灯照明每年实际耗电量为：0.25kwh×1.2×1.1×12h ×365天 ×15盏=21681kwh即

12、：第一年用电费用为：21681kwh×0.9元/kwh=1.95万元每年因电价上调而增加的费用额为：21681kwh×0.05元/kwh=0.1084万元；高压钠灯系统25年消耗的电费sn为等差数列求和，计算过程如下：sn= a1×nn(n1)d/2=1.95×2525×24×0.1084÷2=81.27万元；式中：a1为第一年用电电费； n为系统全生命周期25年； d为每年因电价上调而增加的费用。即平均每年需要电费为81.27÷25=3.25万元；高压钠灯灯泡寿命1.5年，更换一次100元/支，镇流器寿命2年，更

13、换一次150元/个，加上灯高为7m照明灯，需要升降车等设备运输及安装，因此考虑50%安装费用，电力照明灯年运行成本统计如下表：表3-1收费站传统高压钠灯照明系统年平均运行成本统计表高压钠灯照明系统年平均运行成本项目25年内更换次数总投入（万元）年均投入（万元）更换钠灯灯泡163.60.144更换镇流器124.050.162年用电费用3.250合计3.556（2）使用太阳能照明灯系统的运行成本太阳能照明灯系统无电费费用，运行成本主要为设备的更换费用。由太阳能照明系统的特点可知，led整体灯具寿命为12.5年，25年寿命期内需更换一次，更换20元/w，每盏灯更换一次需2000元，全部更换一次需要4

14、.5万元（含50%安装费用）；2v铅酸蓄电池寿命为8.5年，寿命期内需更换2次，更换两次共需15.84万元（电池回收价值可抵消安装费用）。即太阳能照明灯系统的运行成本为为4.5+15.84=20.34万元，平均每年运行成本为20.34÷25=0.8136万元。（3）投资回收期太阳能照明灯系统与高压钠灯照明系统相比的投资回收期n为：n=(c1b1)/(b-c)=(46.29-5.425)/(3.556-0.8136)=14.9年式中：b为高压钠灯照明系统您平均运行成本；c为太阳能照明系统年平均运行成本；b1为高压钠灯照明系统初投资费用；c1为太阳能照明系统初投资费用；则寿命期内节约费用

15、为3.556×（2514.9）=35.92万元。2、 服务区路灯照明系统运行成本分析。（1）使用传统高压钠灯照明系统的运行成本析木服务区两侧共需40盏250w高压钠灯对服务区广场进行照明，平均每天照明时间为12小时，目前用电电价0.9元/kwh，考虑电价平均每年上涨0.05元/ kwh，高压钠灯镇流器损耗20%，夜晚电压过高浪费电能10%，则使用高压钠灯照明每年实际耗电量为：0.25kwh×1.2×1.1×12h ×365天 ×40盏=57816kwh即：第一年用电费用为：57816kwh×0.9元/kwh=5.203万元每

16、年因电价上调而增加的费用额为：5.203kwh×0.05元/kwh=0.2602万元；高压钠灯系统25年消耗的电费sn为等差数列求和，计算过程如下：sn= a1×nn(n1)d/2=5.203×2525×24×0.2602÷2=208.135万元；式中：a1为第一年用电电费； n为系统全生命周期25年； d为每年因电价上调而增加的费用。即平均每年电费为208.135÷25=8.3254万元；高压钠灯灯泡寿命1.5年，更换一次100元/支，镇流器寿命2年，更换一次150元/个，加上灯高为10m照明灯，需要升降车等设备运输及安装

17、，因此考虑50%安装费用，电力照明灯年运行成本统计如下表：表3-2服务区传统高压钠灯照明系统年平均运行成本统计表高压钠灯照明系统年平均运行成本项目25年内更换次数总投入（万元）年均投入（万元）更换钠灯灯泡169.60.384更换镇流器1210.80.432年用电费用8.3254合计9.1414（2）使用太阳能照明灯系统的运行成本太阳能照明灯系统无电费费用，运行成本主要为设备的更换费用。由太阳能照明系统的特点可知，运行成本主要为系统部件更换费用。led整体灯具寿命为12.5年，25年寿命期内需更换一次，更换20元/w，每盏灯60 w更换一次需1200元，46盏全部更换一次需要8.28万元（含50

18、%安装费用）；铅酸蓄电池寿命为8.5年，寿命期内需更换2次，更换两次共需31.68万元（电池回收价值可抵消安装费用）。即太阳能照明灯系统的追加投资为8.28+31.68=39.96万元，平均每年运行成本为39.96÷25=1.5984万元。（3）投资回收期太阳能照明灯系统与高压钠灯照明系统相比的投资回收期n为：n=(c1-b1)/(b-c)=(103.12-23.2)/( 9.1414-1.5984)=10.6年式中：b为高压钠灯照明系统年平均运行成本；c为太阳能照明系统年平均运行成本；b1为高压钠灯照明系统初投资费用；c1为太阳能照明系统初投资费用；则寿命期内节约费用为9.1414×（2510.6）=131.64万元。（二） 环境效益太阳能照明灯是利用太阳能发电原理来工作的，不消耗化石燃料，无二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，清洁干净，环境效益良好。太阳能照明灯系统每年提供的电量为21681kwh，即电力照明灯系统年消耗电量。根据相关部门发布的数据，煤燃料火力发电每生产1 kwh电，将产生0.92千克的co2。假设电力照明灯系统电能来源为煤