太阳能技术在船舶上的应用可行性分析
时间：2020-12-18 16:02:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：船舶航运业务是当今世界货物运输的主要营运方式，同时船舶自身也是一个大耗能的运输工具，为了迎合国家开展的可持续发展道路，技术人员需要研发更加科学环保的绿色船舶。太阳能作为一种船舶动力的新能源，被视为前景良好的能源技术，本文介绍利用最新技术，将太阳能在提升船舶续航能力问题上和提高船舶的性能方面进行研究，提出几点有利于能源高效利用的可行性措施。
关键词：太阳能；船舶；光伏技术
海上运输世界各国人民文化、经济交流的重要渠道，同时也是天然的交通要道。随着世界经济的发展，海上货运也随之增长，船舶的吨位和尺度也在不断的增加。由于船舶在航运作业中需要大量的能量供给，船舶的柴油机排气对大气和海洋造成了毁灭性的污染，所以对船舶的创新和研发成了现下改善海洋污染的核心内容。
1 太阳能概述
（1）太阳能作为一种新型可再生能源，它纯净无污染，有着非常广阔的可塑性与利用性，同时太阳能的低能量低密度性其能量是取之不尽用之不竭的，因此太阳能是最有价值的开发对象。
（2）虽然太阳能具有无法比拟的优越性，但是作为能源被利用时也要思考它的缺陷：一是，太阳光照的分散性，太阳能能量密度低、热能不均匀。如夏日晴朗的天气，一平米接收到的热能大概为一千瓦，所以想要利用太阳能输出一定量的电量，就需要大面积的铺盖电池板，才能达到较高的转换效率。二是，太阳光的不稳定性。由于受到地球经纬度、季节、昼夜、天气、海拔、地域等自然条件的限制，传达到地面的辐射量非常不稳定，对开展太阳能的使用具有一定的影响。[1]三是，太阳能的效率低造价成本高。虽然我国技术成熟经济雄厚，在理论上对太阳能的利用是可以进行研究的，但是相对于太阳的能量转换效率来讲，投入与收入不成正比甚至低于成本，所以想要开发并利用太阳能，必须了解与太阳能相关的知识，如运转规律、不同时段地域太阳辐射地球的时间长短与热能。
2 太阳能船舶的优势
2.1 对环境无污染
太阳能是一种纯天然、零污染取的可再生能源。如今，太阳能正逐步民用化，如太阳能发电装置、太阳能热水器、太阳能电动车等，在这方面中国很多企业已经掌握了世界领先技术。而太阳能船舶最大的特点就在于利用太阳能作为船舶动力来源，它是一种无污染，对环境友好的绿色船舶。
2.2 有效提升对船舶的操纵
采用电力驰航的太阳能轮船与传统燃油机推动螺旋桨驰航相比较来说，太阳能的船舶在经济、噪音、振动、船舶操纵、机舱布置、安全可靠等方面具有着明显的优势，例如大大提高了机动性能，使船舶在驰航的作业中操纵更灵活，明显的比燃油直接推进的过渡过程缩短了，具有较强的应付紧急状态能力，有效的保障了航行的安全性。
3 太阳能在船舶中应用分析
（1）目前太阳能电池的光伏转换率问题，是制约其技术推广的主要因素，船舶在驰航的过程中，通常都会遇到远航动力供应不足的情况。太阳能光电系统一种电子技术的逆变电源，可靠性高使用寿命长，不仅能够独立发电又能并网运行。相比常规的特性发电机而言，光电系统在受到外界无先兆压力时，仅产生很小的变形和断裂破坏。
（2）如何能够在面积有限的甲板上安装更多的光电伏组件，是太阳能能船舶必须解决的问题。一般情况下太阳能电池板的布置要根据船舶自身特点以及船舶外形综合规划，尽量最大限度的利用太阳能。在铺盖太阳能电池般的时候，要根据不同的船型不同的区域设计不同的太阳能电池板，因为不同区域的电池板功效不同输出的电量就不同，所需电池板的造价也会不同。[2]例如趸船，它没有动力装置，主要在照明和一些电器设备上涉及到电力，一般情况下不需要太大的电量，设置电力板时采用平顶的方式是最经济的。
（3）无论采用离网模式还是并网模式运行船舶太阳能光伏系统，均需要设置大容量蓄电池作为能量供给，而当前具有较高能量的锂离子蓄电池是较好的选择。①离网光伏系统可以独自空载运行，通过逆变器变为交流电供设备直接使用，不用依靠船舶电网系统，不会对整个电网的稳定性和安全性产生影响。另外离网型光伏需要容量要多于光伏组件总容量的储能装置，以满足光伏系统容量与负载日均能耗交汇所需，并且实现供电端和负载端两者动态之间的电能供需平衡。尤其是，离网逆变器的电量输出功率受到负载功率的阻碍，如长久的在低功率情况下运行，会降低逆变器的运行效率，造成光伏电能的浪费。[3]②并网光伏系统无论在任何太阳辐射度的条件下，都能达到最大的输出功率，仅需要设置很少的储能装置就能实现动态的电能供需平衡。由此可见并网系统具有以下特点：一是，光伏系统直流侧电气量与交流侧电气量的支配关系突出。二是，电网参数直接影响着光伏逆变器的并网运行和操控策略。三是，并网逆变器不支持电网电压，不能抵抗强大的电网冲击。四是，具有储能系统的并网光伏系统，一般设为恒功率输出，同步发电机完全可以平衡船舶负荷作业下产生的波动。五是，当其中一组电网质量数据波动超出并网设定值时，光伏系统的陡停将加剧整个电网系统的振动，等同于降低了暂态系统的裕度值，极易导致电网断电、机组解列、发电机失去同步。
（4）离并网混合型光伏系统兼顾离网和并网两种系统的特点，依照船舶航线不同的辐照强度、负载情况、船舶电网运行状态，在两者系统运行模式下进行互换或彼此脱离作业，具有较强的独立性和适用性。因而离并网混合型光伏系统的技术安全性和自动化管理技能也是三者中最优越的。
4 结语
综上所述，太阳能船舶的开发利用，不仅能解决世界资源的紧缺问题，还能从根本上解决船舶在航行运输作业过程中对大气和海洋造成的污染与破坏，能有效的保护海洋，促进人类与环境的和谐、持续性发展。
参考文献：
[1]严新平，孙玉伟，袁成清.太阳能船舶技术应用现状及展望[J].船海工程，2016，45（01）：5054+60.
[2]卢晓平，魏光普，张文毓.太阳能动力船舶发展综述[J].海军工程大学学报，2008（04）：4550+61.
[3]賀圣强，魏骁，于安斌，徐涛，李佳卫.太阳能在船舶上应用现状及展望[J].电源世界，2014（09）：4244+41.
