探討太陽能LED照明如何與城市建設(shè)和諧發(fā)展

王 皓

(南昌市路燈管理處，南昌 330000)

1 太陽能光伏照明技術(shù)與LED照明應(yīng)用的現(xiàn)狀

1.1 太陽能光伏照明技術(shù)、LED照明及我國應(yīng)用的相關(guān)情況

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。太陽能作為一種全新的能源利用方式，雖然目前在整個能源供應(yīng)體系當中所占的比例稱得上微乎其微，但在低碳經(jīng)濟模式快速構(gòu)建的過程中，其重要性不言而喻。

在我國，由于大力推廣LED及太陽能光伏照明技術(shù)，各級政府均對該產(chǎn)業(yè)加大了扶持力度，科技部推廣應(yīng)用的“十城萬盞”就是典型的例子。2009年中國的LED路燈裝置數(shù)量約25萬盞，2010年達到了40萬盞以上的規(guī)模。而2010年舉行的上海世博會就采用了大量的LED景觀照明技術(shù)，更是得到了各界廣泛認知。

1.2 太陽能LED照明市場的規(guī)模增長快

據(jù)統(tǒng)計，2009年全球LED照明市場約200億元人民幣，僅過了一年，2010年整個市場達到了將近300億人民幣的規(guī)模，發(fā)展速度接近50%，經(jīng)權(quán)威研究機構(gòu)預(yù)測分析，到2013年，LED照明市場總規(guī)模將增加到近千億元人民幣。如此發(fā)展迅速、規(guī)模急劇擴大的LED照明市場一旦與太陽能光伏技術(shù)結(jié)合，產(chǎn)生的節(jié)能效益不可估量。

2 合理設(shè)計太陽能LED照明系統(tǒng)讓城市景觀照明建設(shè)與環(huán)境和諧發(fā)展

2.1 如何利用現(xiàn)有的太陽能光伏技術(shù)和LED照明服務(wù)于城市發(fā)展

南昌市內(nèi)水網(wǎng)密布，贛江、撫河、玉帶河縱橫境內(nèi)，湖泊眾多。而作為“花園動感英雄都市”，景觀照明一直是城市建設(shè)的重點，近年來南昌市加大了景觀照明設(shè)施的建設(shè)，景觀照明規(guī)?？焖贁U大，耗能也急劇增加，采用太陽能LED照明技術(shù)，將大大緩解美化城市與能源的矛盾，這是看得見的節(jié)能效益;采用傳統(tǒng)電源的LED景觀照明成本高，太陽能LED照明技術(shù)的成本更高，但景觀照明消耗電費將在初裝后不產(chǎn)生費用，且敷設(shè)、架設(shè)相關(guān)管線的人工、材料的費用已超過了太陽能LED照明技術(shù)的成本，這是摸得著的成本效益;同時作為建設(shè)花園城市，采用傳統(tǒng)光源建設(shè)景觀照明必不可少的要實施開挖地面、敷設(shè)管線，必然會破壞周邊生態(tài)環(huán)境。應(yīng)用太陽能LED照明技術(shù)，不用敷設(shè)大量管線，只需開挖體積較小的蓄電巢即可，不會對環(huán)境產(chǎn)生較大影響，這是感覺得到的環(huán)境效益。

2.2 應(yīng)針對不同地區(qū)靈活應(yīng)用現(xiàn)有的太陽能LED照明技術(shù)方案

現(xiàn)有的太陽能LED道路照明系統(tǒng)方案一般有兩種:

方案 電流計算 實際蓄電池需求 實際電池板需求 綜合效益一、常規(guī)方案:燈具選擇:單路24V LED燈 (40W);城市日均日照時間:假設(shè)4H;日放電時間10H(以晚19時至次日晨5時為例);滿足連續(xù)陰雨天5天 (另加陰雨前一夜用電，共計6天)。I=40W/24V=1.67A①理想蓄電池需求 (理想狀態(tài)) =1.67A×10H× (5+1)天=100AH②由于蓄電池充、放電預(yù)留20%容量，照明設(shè)施的實際電流≥2A(加上20%損耗，其中包括恒流源、線損等);按需要12V蓄電池兩組計算:實際蓄電池需求=100AH/80%×120%×2組=300AH①理想電池板需求WP/17.4V= (1.67A×10H×120%)/4H;WP=87W;②考慮實際恒流源損耗及線損等綜合損耗約20%，按需要兩組電池板的實際需求=87W×120%×2組=104W道路照明無影響，建設(shè)費用較低，但耗能較高，對地處雨季較多的地區(qū)并不適合。二、調(diào)節(jié)功率及恒電流方案:燈具選擇:單路24V LED燈 (40W);城市日均日照時間:假設(shè)4H;日放電時間10H(以晚19時至次日晨5時為例);通過控制器夜間分段調(diào)節(jié)LED燈的功率，以降低總功耗 (晚19時至23時100%功率，23時至凌晨5時50%功率，合計7H)I=40W/24V=1.67A①理想蓄電池需求 (理想狀態(tài)) =1.67A×7H× (5+1)天=70AH②由于蓄電池充、放電預(yù)留20%容量，照明設(shè)施的實際電流≥1.75A(加上5%線損等);按需要12V蓄電池兩組計算:實際蓄電池需求=70AH/80%×105%×2組=184AH①理想電池板需求WP/17.4V=(1.67A×7H×120%)/4H;WP=61W;②考慮實際恒流源損耗及線損等綜合損耗約20%，按需要兩組電池板的實際需求=61W×105%×2組=128W道路照明有部分時段受影響，建設(shè)費用較高，但由于靈活調(diào)節(jié)時間，可延長照明時間，耗能較低

從上表可以看出:方案二中，雖然價格上因附加了控制電路及恒電流等設(shè)備，導(dǎo)致價格較高，且有部分時間段照明效果降低，但由于大大降低了耗能，相對于方案一其綜合效益對于江南地區(qū)城市還是比較實用的。

實際效果以南昌市為例:南昌市地處亞熱帶季風濕潤氣候，雨季較為集中在4～7月份，占全年一半以上，十多天連續(xù)雨天并不罕見，如道路照明采用太陽能LED路燈照明技術(shù)，普遍的密封鉛酸蓄電池、膠體蓄電池在方案一中理想情況下可支持LED路燈工作6～8個小時，只能支持連續(xù)5～6個陰雨天，而方案二通過調(diào)節(jié)時間，在相同的蓄電池容量條件下，照明時間更長。由于道路照明關(guān)系到人民群眾的夜間出行安全，如發(fā)生長時間陰雨天氣，將導(dǎo)致采用該項照明技術(shù)的道路路段安全隱患大幅度增加，如能在耗能相同的情況下，延長在該類氣候地區(qū)的道路照明時間，方案二仍是不錯的選擇;而采用方案一的城市應(yīng)地處全年陽光照射期、雨期分布較均勻的地區(qū)為佳。

2.3 太陽能LED景觀照明與智能無線控制系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合

太陽能LED景觀照明控制與傳統(tǒng)光源無線控制技術(shù)有一定地區(qū)別。傳統(tǒng)光源一般在一定路段內(nèi)設(shè)置控制箱，沿相關(guān)管線鋪設(shè)控制線路;而作為太陽能獨立供電方式的景觀照明設(shè)施可以建造在太陽光照射到的大部分區(qū)域，建設(shè)太陽能景觀照明設(shè)施本身就為了不破壞周邊環(huán)境，如因控制的原因開挖控制線路將得不償失，一般太陽能景觀照明設(shè)施本身裝有短距離的小型無線控制裝置，以控制該區(qū)域的設(shè)施的無線控制箱為中心分布建設(shè)?？刂浦噶钣沙鞘姓彰骺刂浦行陌l(fā)送到所在控制箱，然后通過控制箱發(fā)送到所轄范圍內(nèi)的照明設(shè)施。

3 現(xiàn)階段太陽能LED照明存在的主要應(yīng)用困難及解決思路

3.1 太陽能LED照明技術(shù)利用會受到客觀因素的限制以及晴，陰，云，雨等隨機因素

(1)分散性:到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價較高。

(2)不穩(wěn)定性:由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。

(3)效率低和成本高:目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經(jīng)濟性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當一段時期內(nèi)，太陽能利用的進一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟性的制約。

3.2 太陽能LED照明的大規(guī)模推廣的困難

首先推廣的資金來源，現(xiàn)有的太陽能LED照明工程建設(shè)資金來源主要是各級政府進行定向投入，同時政府進行補貼。如果采用市場化運作，進行公開招標建設(shè)，首先無國家強制性的統(tǒng)一標準，現(xiàn)有的標準基本上是各個企業(yè)標準;其次對制造企業(yè)要求較高，不僅需要大量的資金支持，而且還需要可靠的科研力量，具備成熟的太陽能光伏技術(shù)和LED照明技術(shù)的整合能力;最重要的是，原有傳統(tǒng)方式電路并不適合該項新技術(shù)，要具備創(chuàng)新的、專門針對太陽能LED照明的電路控制系統(tǒng)技術(shù)，這都需要時間去完善。

3.3 太陽能LED路燈推廣困難的一些解決思路

(1)在景區(qū)和小街巷等區(qū)域，可設(shè)計建設(shè)規(guī)模性的走廊、休息小亭等，外形功能均與環(huán)境協(xié)調(diào)的小型離線太陽能蓄電站，對周邊公共照明設(shè)施進行供電。該方案只需對少部分區(qū)域進行施工，適用于要求對周邊環(huán)境破壞較少或傳統(tǒng)施工環(huán)境復(fù)雜小街巷的情況。

(2)對于城市主要道路照明應(yīng)用，為增強安全、可靠性，應(yīng)采用智能并網(wǎng)太陽能蓄電站，當太陽能蓄電存儲量低于警戒線，傳統(tǒng)供電電源可進行主動供電。由于該方案仍需開挖沿路路面，僅適合于急缺用電且大規(guī)模路燈應(yīng)用的城市主干道。

(3)現(xiàn)今LED應(yīng)用市場迅速擴大，但是由于相關(guān)行業(yè)標準的缺失，使得LED行業(yè)發(fā)展遇到種種阻礙。一方面由于缺乏標準，企業(yè)在開發(fā)產(chǎn)品時缺少方向指引;另一方面又由于沒有具體的準則，各種產(chǎn)品良莠不齊，帶來了顧慮和隱患。

有鑒于此，2010年廣東省率先頒布實施了《廣東省LED路燈地方標準》，北京、陜西、江西等一些省市也陸續(xù)頒布了自身地方標準，這些地方標準也客觀的在推動著未來國家標準的出臺。統(tǒng)一LED路燈標準，使整個LED路燈行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性得到保證，通過大力宣傳LED城市公共設(shè)施照明的品質(zhì)觀念，從而使人們從思想上較易接受太陽能與LED路燈結(jié)合的城市道路照明節(jié)能技術(shù)。在具體使用方面，由于太陽能LED路燈城市道路照明節(jié)能技術(shù)是新興技術(shù)，如由政府單一部門負責管理協(xié)調(diào)，對太陽能LED路燈應(yīng)用發(fā)展將會更加順利。

［1］郭廷瑋，劉鑒民.太陽能的利用［M］.北京:科技文獻出版社.1987:22～30.

［2］田力文主編.太陽能光伏照明手冊 ［M］.化學工業(yè)出版社.2010.11.