太陽(yáng)能路燈在節(jié)能城市建設(shè)中的應(yīng)用

崔運(yùn)良

摘 要：隨著世界能源危機(jī)的加劇，用太陽(yáng)能路燈對(duì)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。對(duì)目前太陽(yáng)能路燈使用過(guò)程中的一些問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能路燈；道路照明；節(jié)能

利用太陽(yáng)能進(jìn)行路燈照明，節(jié)能、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保，無(wú)需由傳統(tǒng)的公共電力系統(tǒng)獲取電能，節(jié)省了變配電設(shè)備、纜線與開(kāi)關(guān)等的投資，基本沒(méi)有運(yùn)行費(fèi)用。由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，降低了能源壓力，避免了煤、油與核等發(fā)電導(dǎo)致的大氣和環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

一、利用太陽(yáng)能進(jìn)行路燈照明的優(yōu)點(diǎn)

（一）降低能源壓力

經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和生活水平的提高，人類(lèi)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，現(xiàn)在，地球的能源儲(chǔ)藏最日趨枯竭，壓力與日俱增。太陽(yáng)能是可再生能源，可大大減少人類(lèi)對(duì)一次性能源的使用，降低對(duì)能源資源需求的壓力，并且省下煤、石油等資源作為化工原料，為人類(lèi)創(chuàng)造財(cái)富，太陽(yáng)能路燈照明的大規(guī)模應(yīng)用將會(huì)在這些方面發(fā)揮重要作用。

（二）減少排放

太陽(yáng)能潔凈、無(wú)排放，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)每發(fā)10 000 kW的電就可替代4 t標(biāo)準(zhǔn)煤，這樣就避免了4 t標(biāo)準(zhǔn)煤的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和煙塵的排放，有利于環(huán)境的保護(hù)和改善。

（三）節(jié)省土地

太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單燈自給、自動(dòng)控制，不需要輸電設(shè)施，因此節(jié)省了傳統(tǒng)電網(wǎng)供電系統(tǒng)中必需的地埋電纜、配電控制箱及配電變壓器所占用的土地。

（四）節(jié)省人力物力

太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)，省去了電纜，配電控制箱、配電變壓器等輸電設(shè)施，節(jié)省了這些設(shè)施的費(fèi)用和安裝所需要的人力物力，并且運(yùn)行后不需要繳納電費(fèi)等費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)方便，維護(hù)量小，一次投資，長(zhǎng)期受益，尤其適合應(yīng)用于供電距離較遠(yuǎn)或不易供電的地方。

二、太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和實(shí)施

路燈位于露天，位置較高，無(wú)遮擋，利用太陽(yáng)能具有得天獨(dú)厚的條件，為了使太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)具有理想的照明效果，并能夠經(jīng)濟(jì)、高效和安全的運(yùn)行，需要對(duì)日照、環(huán)境變化及照度等情況進(jìn)行認(rèn)真地分析、研究，根據(jù)具體情況進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，按照有關(guān)要求認(rèn)真進(jìn)行工程實(shí)施。

（一）太陽(yáng)能采集

太陽(yáng)能電池組件接受太陽(yáng)能，并將其直接轉(zhuǎn)化為電能，太陽(yáng)能電池輸出功率的多少與電池方陣面上接收太陽(yáng)輻照量的角度有關(guān)，而在不同時(shí)期其最佳角度是不一樣的。路燈照明系統(tǒng)冬天日耗電量大，夏天日耗電量小，而夏天太陽(yáng)輻射強(qiáng)度要比冬天大，冬天產(chǎn)生的電量比夏天少，在確定電池方陣最佳角度時(shí)要充分考慮這個(gè)因素。陰雨天或夜晚太陽(yáng)能電池?zé)o功率輸出，根據(jù)路燈日耗電量確定太陽(yáng)能電池功率，為了保證系統(tǒng)的正常工作，太陽(yáng)能電池功率必須比負(fù)載功率高出4倍以上。

（二）電能儲(chǔ)存

太陽(yáng)能電池在白天進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化工作，電能在夜晚才能用于照明，因此必須儲(chǔ)備在蓄電池內(nèi)，由于太陽(yáng)能電池板的輸出能量極不穩(wěn)定，需配備蓄電池，太陽(yáng)能推廣太陽(yáng)能路燈以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，路燈等負(fù)荷才能正常工作。蓄電池容量的選擇首先要在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽(yáng)能電池組件的能量盡量存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過(guò)小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池容量過(guò)大，會(huì)使蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時(shí)造成浪費(fèi)。蓄電池應(yīng)與太陽(yáng)能電池、用電負(fù)荷（路燈）相匹配。可用一種簡(jiǎn)單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽(yáng)能電池功率必須比負(fù)載功率高出4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽(yáng)能電池的電壓要超過(guò)蓄電池的工作電壓20%一30%，才能保證給蓄電池正常充電。蓄電池容量應(yīng)在負(fù)載日耗量高6倍以上為宜。

（三）系統(tǒng)控制

通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)工作狀態(tài)的自動(dòng)控制，進(jìn)行照明燈的光控、時(shí)控或設(shè)置開(kāi)關(guān)、調(diào)光、雷電保護(hù)和電路短路保護(hù)，在溫差較大的地方，還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，對(duì)其充電放電條件加以限制，防止蓄電池過(guò)充電及深度充電，進(jìn)行過(guò)充電保護(hù)、反充電保護(hù)和過(guò)放電保護(hù)等?？刂破魇翘?yáng)能照明系統(tǒng)的“大腦”，要根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)，選擇合適的控制器，讓系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和可靠性具有足夠的技術(shù)保證，使系統(tǒng)的工作能夠得到順利地進(jìn)行。

（四）逆變器

根據(jù)我同現(xiàn)狀，一般蓄電池為24 V（或12 V、36 V），室外照明燈泡（燈管）為220 V、50 Hz交流電，因此，逆變器應(yīng)選擇DC 24 V（或12 V、36 V）/AC 220 V的電壓形式，通過(guò)逆變器把蓄電池輸出的直流電變成交流電，供交流照明負(fù)載使用。為保證逆變工作的安全，逆變器應(yīng)具有電路短路保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、反接保護(hù)及雷電保護(hù)等功能。照明負(fù)載為直流時(shí)不必設(shè)置逆變器。

（五）照明燈

太陽(yáng)能路燈采用何種光源是太陽(yáng)能燈具能否正常使用的重要指標(biāo)，太陽(yáng)能燈具的選擇要綜合考慮價(jià)格、壽命、可靠性、光效、功率范圍、均勻度和色溫等因素，根據(jù)路燈的照明要求和容量的匹配，太陽(yáng)能路燈以選擇金鹵燈、無(wú)極燈、高壓鈉燈和LED燈為宜。

1.金鹵燈：尺寸小，占用空間小，光效高，使用壽命較長(zhǎng)，可達(dá)8 000—20 000 h，顯色性優(yōu)良，適用范圍較廣。

2.高壓鈉燈：高壓鈉燈光效高（可達(dá)140 lm/W），壽命長(zhǎng)（可達(dá)20 000 h以上），但顯色惟一般，適用于一般的道路。

3.無(wú)極燈：功率小，光效較高。該燈在220 V（純正弦波，頻率50 Hz）普通市電條件下使用，壽命町以達(dá)到5萬(wàn)h，在太陽(yáng)能燈具上使用壽命大大減少和普通節(jié)能燈差不多（因?yàn)樘?yáng)能燈具都是方波逆變器，太陽(yáng)能電源220V輸出頻率、相位及電壓都足不能和普通市電相比的）。

4.LED燈：壽命長(zhǎng)，可達(dá)1 000 000 h，工作電壓可為12 V或24 V，不需要逆變器，光效較高，國(guó)產(chǎn)約為50 lm/w，進(jìn)口約為80 lm/W。隨著技術(shù)進(jìn)步，LED的性能將進(jìn)一步提高。

（六）燈桿及系統(tǒng)外露部分

根據(jù)道路的寬度、燈具的間距，道路的照度標(biāo)準(zhǔn)確定燈桿的高度，參考當(dāng)?shù)氐臍v史數(shù)據(jù)，確定電池組件支架和燈桿的抗風(fēng)系數(shù)，路燈進(jìn)出線和控制室的防雨、蓄電池的冬季保溫和夏季降溫、蓄電池室的透氣和防水、燈具的防雨、防蟲(chóng)以及防雹等都要考慮，還要做好防盜措施。

（七）防雷接地

為了提高路燈的防雷能力和運(yùn)行安全，路燈的會(huì)屬燈桿應(yīng)要防雷接地，交流路燈應(yīng)要電氣保護(hù)接地，接地電阻不大于10Ω。直流路燈的工作電壓一般為12 V或24 V，屬安全電壓，不需要做電氣保護(hù)接地。

三、太陽(yáng)能路燈建設(shè)的建議與思考

太陽(yáng)能路燈作為城市照明的一種新型方式，具有顯著的優(yōu)勢(shì)：節(jié)約能源、降低電纜偷盜、施工靈活自成系統(tǒng)。但是作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模推廣它還面臨許多技術(shù)問(wèn)題需要解決。因此對(duì)于太陽(yáng)能路燈的使用有以下建議。

（一）針對(duì)太陽(yáng)能照明應(yīng)用中存在技術(shù)障礙、成本高等問(wèn)題，由政府主管部門(mén)、城市照明管理部門(mén)以及太陽(yáng)能研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)加強(qiáng)政產(chǎn)學(xué)研合作，共同攻關(guān)，發(fā)揮光伏產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)太陽(yáng)能在城市照明中的推廣應(yīng)用。政府相應(yīng)予以扶持，加強(qiáng)研發(fā)力量與專(zhuān)業(yè)部門(mén)的合作開(kāi)發(fā)，給予財(cái)政稅收等方面的支持。

（二）充分發(fā)揮太陽(yáng)能照明的優(yōu)點(diǎn)，選擇適宜的場(chǎng)地推廣太陽(yáng)能路燈應(yīng)用。從城市照明實(shí)際來(lái)看，目前在城市支路、相對(duì)邊遠(yuǎn)的山區(qū)、照度要求較低的公共休閑公園及人流量稀少容易發(fā)生電纜偷盜的地方、不具備供電條件的場(chǎng)所可嘗試使用太陽(yáng)能路燈。

（三）為方便維護(hù)管理，盡可能使用太陽(yáng)能集中供電方式，不妨考慮在城市廣場(chǎng)把太陽(yáng)能板結(jié)合在景觀建筑、長(zhǎng)廊、休息亭等結(jié)構(gòu)中，然后把收集的電能集中到專(zhuān)門(mén)的配電房，再在夜間供給廣場(chǎng)的各類(lèi)燈具使用，營(yíng)造出一個(gè)綠色節(jié)能的城市廣場(chǎng)。

（四）根據(jù)目前存在技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)該考慮將太陽(yáng)能技術(shù)與LED路燈、大功率節(jié)能燈、高頻無(wú)極燈技術(shù)相結(jié)合，作為太陽(yáng)能路燈的發(fā)展方向，著重開(kāi)發(fā)中低功率路燈（相當(dāng)于普通150W及以下的路燈）。

（五）開(kāi)發(fā)與太陽(yáng)能路燈相匹配的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能路燈的可靠開(kāi)啟與關(guān)閉，要做到既能根據(jù)照度的要求實(shí)現(xiàn)智能開(kāi)燈，又要在特殊條件下（如防空）實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一關(guān)閉。

總之，太陽(yáng)能對(duì)于我國(guó)不斷增長(zhǎng)的能源需求是一項(xiàng)不可忽視的補(bǔ)充，太陽(yáng)能路燈也是城市照明發(fā)展的新方向。我們期待著在太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域里的新突破，為城市照明事業(yè)帶來(lái)劃時(shí)代的發(fā)展。

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