太阳能在城市照明的应用前景

本文导读：太阳能在城市照明的应用前景，我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，全国各地太阳年辐射总量达3340-8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。

一、太阳能简介及广阔前景

我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，全国各地太阳年辐射总量达3340-8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。位于广东南部的深圳，日照时间长，太阳能资源相当丰富，具备应用太阳能的条件。

近年来，电力供应持续紧张，同时，石油、煤等常规能源价格不断攀升，给以太阳能为代表的新能源的大规模应用创造了良好的外部条件。而且，随着环保观念深入人心，各级政府制订了一系列推动太阳能应用的措施，深圳市2003年发布的《深圳市能源发展规划大纲（2000-2010）》，强调要大力发展太阳能，为深圳大规模应用太阳能创造了良好的政策环境。

目前，太阳能产品在国内的应用越来越广泛，如太阳能热水器、太阳能光伏发电系统、太阳能路灯、太阳能广告牌、太阳能交通指示牌等，特别是太阳能热水器已成为国民经济的重要产业。据统计，深圳2001年的太阳能集热面积已达43000m2，近两年每年新增1万平方米，预计未来几年的发展速度会加快，今年落成的深圳园博园安装了容量达1兆瓦的太阳能光伏发电系统，号称亚洲第一、与常规能源相比，太阳能具有广阔的发展前景：

1、节能——太阳能能量巨大，取之不尽用之不竭，减少资源损耗。

2、环保——太阳能无比清洁，无任何污染，是真正的绿色能源。

3、经济——太阳能无处不在，免费使用，无需支付电费。

4、安全——太阳能可直接提供电压36伏以下直流电，安全可靠。

二、太阳能在城市照明的优缺点和现实选择

太阳能转换为电能有两种基本途径：一种是把太阳辐射能转换为热能，即“太阳热发电”；另一种是通过光电器件将太阳光直接转换为电能，即“太阳光发电”。从城市照明角度看，一般采用“太阳光发电”，即通过转换装置把太阳光转换成电能利用，因为光电转换装置通常利用半导体器件的光伏效应原理进行转换，因此又称太阳能光伏技术。一套基本的太阳能照明系统包括太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池和灯泡，既可直接产生低压直流电，也可通过逆变器转换成220伏交流电，然后供给照明负载。太阳能照明系统的功率主要取决于电池板的面积和转换效率，目前电池板主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅等三种，主流产品是单晶硅，转换效率在10-15%之间。

与传统路灯相比，太阳能照明的优点和缺点同样明显。优点如下：

一、太阳能照明节能、环保、零排放，无污染，是真正的绿色照明。

二、无需进行电力增容配套，可单独安装，节约配电系统开支。按深圳实际推算，路灯配电系统价格约为4-5元/W。

三、一次投资，长期受益，无需支付电费，节电效果明显。以目前使用最多的高压钠灯为例，每瓦年耗电费:1W×1.15（电感镇流器的电耗）×11.5h÷1000×365×0.8元/W.h=3.86元。

四、安装方便，无需挖沟埋线，避免损坏道路，节省施工费用，特别对无电源和难于敷设电缆的路段，更有现实意义。

五、可直接提供电压36伏以下直流电，安全可靠，适合油田等特殊场所使用。

六、自动控制，维护管理简便，安全可靠，无电缆被盗的烦恼。

但是，太阳能照明的局限性也显而易见：

一、造价较高。为方便与传统路灯比较，换算为灯泡每瓦功率所需价格进行对比。考虑阴雨天的影响，功率1瓦灯泡需要4峰瓦电池板供电，国内产品（包括灯杆、灯具、光电逆变装置、基础等全部费用）每峰瓦价格约60-80元，换算为灯泡功率则价格为240-320元/W。相比之下，传统路灯价格低很多，按深圳实际推算，路灯（包括配电系统、灯杆、灯具、破挖路面、敷设管线、基础等全部费用）价格约为35-100元/W。

二、功率偏小，电池板对城市景观影响大。因为电池板转换效率不高，电池板面积约为0.005m2/峰瓦，则100W节能灯需要的400峰瓦电池板面积达2m2，已经很难满足防风和城市景观的要求，要提高灯泡功率只能寄望电池板转换效率的大幅提高。根据道路照明设计规范，100W节能灯只能满足支路照度的要求，所以目前太阳能照明应立足于小功率产品。

三、太阳能灯受环境因素影响太大，阴雨天过长影响亮灯，对安装位置要求高。太阳能电池板必需保证足够的日照时间，而且对安装角度也有严格要求，但城市道路两旁高楼林立，行道树高大茂密，遮光现象严重，要在城市道路均匀布灯难度很大。

四、与太阳能低压直流电源配套的直流灯泡选择很少，价格较高，光色也不令人满意。如果用逆变器转换成220交流电，存在转换效率损失和逆变器影响景观的问题。

表1 太阳能路灯与常规路灯的比较

序号	项目	太阳能路灯	传统路灯
1	节能、环保	好	差
2	配电系统	无	4-5元/W
3	年电费	无	3.86元/W
4	破挖管线	无	有
5	安全性	可直接用于油田等特殊场所	需转换
6	造价	240-320元/W	35-100元/W
7	功率	小	无限制
8	路灯造型	限制多	限制少
9	景观	影响明显	影响不明显
10	环境因素	影响明显	无
11	配件选择	少	多

综上所述，太阳能照明产品在短时期内无法取代传统路灯，但并非无所作为，只要抓住小功率、特殊应用作文章，在造价、功率和景观等三方面取得平衡，还是大有可为的。现在市场上小功率的太阳能庭院灯、草坪灯非常有特色，很有竞争力，特别配套LED灯泡的草坪灯很别致，电池板面积很小，对景观无负面影响。特殊应用主要在于造型和场所，公交站台造型特别，有很大的顶棚，只要遮光不严重，完全可安装太阳能作为站台广告牌的电源；附近无配电系统的路段，可安装太阳能路灯；不能破挖路面、难于敷设电缆的地方，太阳能照明非常有现实意义，我们中心的立交桥人行通道太阳能灯就是很好的例子。

三、应用实例基本情况及分析

深圳特区内立交桥共有200多条人行通道，由于建设时没有单独配电，都是从附近路灯接电，所以通道灯开关时间只能与路灯一致，白天没法亮灯。由于立交桥人行通道并非地下通道，在阳光灿烂时照度尚可，但清早、傍晚和阴雨天时照度较差，长通道中间几乎伸手不见五指，经常发生抢劫事件。因此，深圳市民对立交桥人行通道的白天照明问题非常关注，我们中心为解决该问题，想了很多办法，比如从配电系统直接敷设电缆供电，但存在投资过高和破挖路面影响交通的问题。经过造价、功率和景观等方面的比较权衡，我们最后选择了太阳能灯（解决通道白天照明，晚上仍然用原有市政通道灯照明），于去年9月在华强北立交西侧通道安装了5套13W太阳能灯，效果很好，我们因此在今年扩大范围，又在深南皇岗、滨河新洲等立交8条通道共安装51套18Ｗ太阳能灯，同样广受好评。

为方便讲述，以华强北立交北侧通道为例。该通道长72米，宽6米，高约2.5米，中间无采光口。该通道均匀布置8套节能灯，由通道外太阳能电池板集中供电，原计划采用12V直流供电，但由于线路长达100米，电压降过大，线路末端只有8V，最后采用逆变器，把12V直流改为220V交流供电。为确保连续阴雨天太阳能灯正常工作，具体配置如表2。

表2 通道太阳能照明系统配置

序号	配件	规格	单位	数量
1	电池板	75Wp单晶硅	块	8
2	蓄电池	12V/150AH	个	8
3	充放电控制器	60A	台	1
4	逆变器	220VAC/450VA	台	1
5	节能灯	220VAC/18W	个	8
6	灯具	投光灯	套	8
7	灯具保护罩		个	8
8	配电箱		台	2
9	支架	双管，6米高	根	1
10	电线	4mm2	米	300

该系统（电池板和蓄电池）在白天进行充电，同时也照明人行通道，其照明时间平均为12小时。清早市政通道灯关灯，通过电线把信号传到充放电控制器，蓄电池0.5秒后开始放电，太阳能灯亮灯至傍晚；傍晚市政通道灯开灯，信号传来，太阳能系统立即停止供电，太阳能灯灭灯。通过太阳能灯与市政通道灯交替亮灯，保证了通道24小时亮灯。采用太阳能灯还有一个好处，假如电网停电，太阳能灯能保证通道连续3天亮灯。

太阳能灯亮灯后，在阳光灿烂时效果不明显，但在清早、傍晚和阴雨天时效果很好（见表3）。通过现场访问，该通道未装灯前几乎每天都会发生抢劫案，亮灯后至今未发生过抢劫案，可能有社会治安整体改善等因素，但照明的作用仍不容置疑。安装前，傍晚通道平均照度为0.20Lx，特别中间段照度为0，伸手不见五指；安装后，平均照度为7.14Lx，虽然绝对值增加不大，但由黑暗改善到能看清路面，安全感增强程度绝非简单的照度数据所能反映。

四、结语

太阳能无处不在，应用研究方兴未艾。随着技术日渐成熟，应用范围日益扩大，太阳能应用将会完成从量到质的转变，一旦在转换效率等方面取得突破，不但给太阳能行业创造巨大效益，也将给城市照明带来新的革命。太阳能在城市照明应用将会有美好的前景，我们期待这一天早日到来。