太陽能在城市照明的應(yīng)用前景

一、太陽能簡介及廣闊前景

我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，全國各地太陽年輻射總量達3340-8400MJ/m2，中值為5852MJ/m2。從全國太陽年輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部以及臺灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大。位于廣東南部的深圳，日照時間長，太陽能資源相當豐富，具備應(yīng)用太陽能的條件。

近年來，電力供應(yīng)持續(xù)緊張，同時，石油、煤等常規(guī)能源價格不斷攀升，給以太陽能為代表的新能源的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了良好的外部條件。而且，隨著環(huán)保觀念深入人心，各級政府制訂了一系列推動太陽能應(yīng)用的措施，深圳市2003年發(fā)布的《深圳市能源發(fā)展規(guī)劃大綱（2000-2010）》，強調(diào)要大力發(fā)展太陽能，為深圳大規(guī)模應(yīng)用太陽能創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境。

目前，太陽能產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，如太陽能熱水器、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能路燈、太陽能廣告牌、太陽能交通指示牌等，特別是太陽能熱水器已成為國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，深圳2001年的太陽能集熱面積已達43000m2，近兩年每年新增1萬平方米，預計未來幾年的發(fā)展速度會加快，今年落成的深圳園博園安裝了容量達1兆瓦的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，號稱亞洲第一、與常規(guī)能源相比，太陽能具有廣闊的發(fā)展前景：

1、節(jié)能——太陽能能量巨大，取之不盡用之不竭，減少資源損耗。

2、環(huán)保——太陽能無比清潔，無任何污染，是真正的綠色能源。

3、經(jīng)濟——太陽能無處不在，免費使用，無需支付電費。

4、安全——太陽能可直接提供電壓36伏以下直流電，安全可靠。

二、太陽能在城市照明的優(yōu)缺點和現(xiàn)實選擇

太陽能轉(zhuǎn)換為電能有兩種基本途徑：一種是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，即“太陽熱發(fā)電”；另一種是通過光電器件將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能，即“太陽光發(fā)電”。從城市照明角度看，一般采用“太陽光發(fā)電”，即通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽光轉(zhuǎn)換成電能利用，因為光電轉(zhuǎn)換裝置通常利用半導體器件的光伏效應(yīng)原理進行轉(zhuǎn)換，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。一套基本的太陽能照明系統(tǒng)包括太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池和燈泡，既可直接產(chǎn)生低壓直流電，也可通過逆變器轉(zhuǎn)換成220伏交流電，然后供給照明負載。太陽能照明系統(tǒng)的功率主要取決于電池板的面積和轉(zhuǎn)換效率，目前電池板主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅等三種，主流產(chǎn)品是單晶硅，轉(zhuǎn)換效率在10-15%之間。

與傳統(tǒng)路燈相比，太陽能照明的優(yōu)點和缺點同樣明顯。優(yōu)點如下：

一、太陽能照明節(jié)能、環(huán)保、零排放，無污染，是真正的綠色照明。

二、無需進行電力增容配套，可單獨安裝，節(jié)約配電系統(tǒng)開支。按深圳實際推算，路燈配電系統(tǒng)價格約為4-5元/W。

三、一次投資，長期受益，無需支付電費，節(jié)電效果明顯。以目前使用最多的高壓鈉燈為例，每瓦年耗電費:1W×1.15（電感鎮(zhèn)流器的電耗）×11.5h÷1000×365×0.8元/W.h=3.86元。

四、安裝方便，無需挖溝埋線，避免損壞道路，節(jié)省施工費用，特別對無電源和難于敷設(shè)電纜的路段，更有現(xiàn)實意義。

五、可直接提供電壓36伏以下直流電，安全可靠，適合油田等特殊場所使用。

六、自動控制，維護管理簡便，安全可靠，無電纜被盜的煩惱。

但是，太陽能照明的局限性也顯而易見：

一、造價較高。為方便與傳統(tǒng)路燈比較，換算為燈泡每瓦功率所需價格進行對比�？紤]陰雨天的影響，功率1瓦燈泡需要4峰瓦電池板供電，國內(nèi)產(chǎn)品（包括燈桿、燈具、光電逆變裝置、基礎(chǔ)等全部費用）每峰瓦價格約60-80元，換算為燈泡功率則價格為240-320元/W。相比之下，傳統(tǒng)路燈價格低很多，按深圳實際推算，路燈（包括配電系統(tǒng)、燈桿、燈具、破挖路面、敷設(shè)管線、基礎(chǔ)等全部費用）價格約為35-100元/W。

二、功率偏小，電池板對城市景觀影響大。因為電池板轉(zhuǎn)換效率不高，電池板面積約為0.005m2/峰瓦，則100W節(jié)能燈需要的400峰瓦電池板面積達2m2，已經(jīng)很難滿足防風和城市景觀的要求，要提高燈泡功率只能寄望電池板轉(zhuǎn)換效率的大幅提高。根據(jù)道路照明設(shè)計規(guī)范，100W節(jié)能燈只能滿足支路照度的要求，所以目前太陽能照明應(yīng)立足于小功率產(chǎn)品。

三、太陽能燈受環(huán)境因素影響太大，陰雨天過長影響亮燈，對安裝位置要求高。太陽能電池板必需保證足夠的日照時間，而且對安裝角度也有嚴格要求，但城市道路兩旁高樓林立，行道樹高大茂密，遮光現(xiàn)象嚴重，要在城市道路均勻布燈難度很大。

四、與太陽能低壓直流電源配套的直流燈泡選擇很少，價格較高，光色也不令人滿意。如果用逆變器轉(zhuǎn)換成220交流電，存在轉(zhuǎn)換效率損失和逆變器影響景觀的問題。

表1 太陽能路燈與常規(guī)路燈的比較

綜上所述，太陽能照明產(chǎn)品在短時期內(nèi)無法取代傳統(tǒng)路燈，但并非無所作為，只要抓住小功率、特殊應(yīng)用作文章，在造價、功率和景觀等三方面取得平衡，還是大有可為的�，F(xiàn)在市場上小功率的太陽能庭院燈、草坪燈非常有特色，很有競爭力，特別配套LED燈泡的草坪燈很別致，電池板面積很小，對景觀無負面影響。特殊應(yīng)用主要在于造型和場所，公交站臺造型特別，有很大的頂棚，只要遮光不嚴重，完全可安裝太陽能作為站臺廣告牌的電源；附近無配電系統(tǒng)的路段，可安裝太陽能路燈；不能破挖路面、難于敷設(shè)電纜的地方，太陽能照明非常有現(xiàn)實意義，我們中心的立交橋人行通道太陽能燈就是很好的例子。

三、應(yīng)用實例基本情況及分析

深圳特區(qū)內(nèi)立交橋共有200多條人行通道，由于建設(shè)時沒有單獨配電，都是從附近路燈接電，所以通道燈開關(guān)時間只能與路燈一致，白天沒法亮燈。由于立交橋人行通道并非地下通道，在陽光燦爛時照度尚可，但清早、傍晚和陰雨天時照度較差，長通道中間幾乎伸手不見五指，經(jīng)常發(fā)生搶劫事件。因此，深圳市民對立交橋人行通道的白天照明問題非常關(guān)注，我們中心為解決該問題，想了很多辦法，比如從配電系統(tǒng)直接敷設(shè)電纜供電，但存在投資過高和破挖路面影響交通的問題。經(jīng)過造價、功率和景觀等方面的比較權(quán)衡，我們最后選擇了太陽能燈（解決通道白天照明，晚上仍然用原有市政通道燈照明），于去年9月在華強北立交西側(cè)通道安裝了5套13W太陽能燈，效果很好，我們因此在今年擴大范圍，又在深南皇崗、濱河新洲等立交8條通道共安裝51套18Ｗ太陽能燈，同樣廣受好評。

為方便講述，以華強北立交北側(cè)通道為例。該通道長72米，寬6米，高約2.5米，中間無采光口。該通道均勻布置8套節(jié)能燈，由通道外太陽能電池板集中供電，原計劃采用12V直流供電，但由于線路長達100米，電壓降過大，線路末端只有8V，最后采用逆變器，把12V直流改為220V交流供電。為確保連續(xù)陰雨天太陽能燈正常工作，具體配置如表2。

表2 通道太陽能照明系統(tǒng)配置

該系統(tǒng)（電池板和蓄電池）在白天進行充電，同時也照明人行通道，其照明時間平均為12小時。清早市政通道燈關(guān)燈，通過電線把信號傳到充放電控制器，蓄電池0.5秒后開始放電，太陽能燈亮燈至傍晚；傍晚市政通道燈開燈，信號傳來，太陽能系統(tǒng)立即停止供電，太陽能燈滅燈。通過太陽能燈與市政通道燈交替亮燈，保證了通道24小時亮燈。采用太陽能燈還有一個好處，假如電網(wǎng)停電，太陽能燈能保證通道連續(xù)3天亮燈。

太陽能燈亮燈后，在陽光燦爛時效果不明顯，但在清早、傍晚和陰雨天時效果很好（見表3）。通過現(xiàn)場訪問，該通道未裝燈前幾乎每天都會發(fā)生搶劫案，亮燈后至今未發(fā)生過搶劫案，可能有社會治安整體改善等因素，但照明的作用仍不容置疑。安裝前，傍晚通道平均照度為0.20Lx，特別中間段照度為0，伸手不見五指；安裝后，平均照度為7.14Lx，雖然絕對值增加不大，但由黑暗改善到能看清路面，安全感增強程度絕非簡單的照度數(shù)據(jù)所能反映。

四、結(jié)語

太陽能無處不在，應(yīng)用研究方興未艾。隨著技術(shù)日漸成熟，應(yīng)用范圍日益擴大，太陽能應(yīng)用將會完成從量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變，一旦在轉(zhuǎn)換效率等方面取得突破，不但給太陽能行業(yè)創(chuàng)造巨大效益，也將給城市照明帶來新的革命。太陽能在城市照明應(yīng)用將會有美好的前景，我們期待這一天早日到來。