【分享】对道路照明中应用太阳能路灯的探讨

对道路照明中应用太阳能路灯的探讨
张涛 丁光训
连云港市路灯管理处 连云港市星辰照明有限公司（222004）
摘　要：文章就太阳能路灯的性能、管理、维护、环保、标准等各方面分析了其在目前道路照明中的不足和应用前景
关键词：太阳能路灯 道路照明 应用
　　路灯是我们日常生活中最常见的东西，它给我们夜晚的生活带来光明。现在美观的路灯把城市的夜晚装点得多姿多彩。但路灯是一个耗电大户，根据建设部统计数字显示，目前我国城市照明（包括道路照明和景观照明）的年用电量约占全国总发电量的4%--5%，已超过三峡水电站发电量（840KWH）。
　　随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，其中一条重要的方法就是寻求新能源和可再生能源的利用。而太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭，随着我国相关法规和政策的出台，太阳能产品开始进入我们的生活，如太阳能热水器、太阳能交通指示牌，并在各行各业开始应用，在照明行业，各种太阳能路灯、庭院灯、草坪灯、景观灯、工艺灯……，在美化我们生活的同时还给人们带来了惊喜：太阳能绿色环保照明时代已经来临了吗？
与常规能源相比，太阳能具备广阔的发展前景，它节能、环保，太阳能能量巨大，取之不竭，能够减少资源损耗。
　　太阳能电池提供电能的照明是真正意义上的绿色环保照明，无比清洁、干净，无任何污染；对政府来讲，在路灯运行时不用支付电费，对老百姓来讲，太阳能灯可直接提供安全电压（36伏以下）和无处不在的照明，但在城市照明中占主体地位的道路照明中真的可以全面应用太阳能路灯吗？
作为一种新型能源，一种新的技术和产业，与其它成熟技术产业相比，有优势但必然有其发展时间短、技术未成熟导致的尚不完善的地方，例如性价比、管理、性能、标准、维护、环保等，下面就以上几个重要问题对太阳能路灯在道路照明中的应用进行分析。
　　正常路灯与太阳能路灯性价比
　　所谓性价比，全称是性能价格比，是一个性能与价格之间的比例关系，大家购买产品时，都会选择性价比高的产品购买。下面表1是标准支路照明与太阳能路灯之间的价格对比：性能对比： 正常路灯理论照度计算为14000*0.7*065/35 *20=9.1LX，新灯实测12.7LX；太阳能无极灯新灯实测平均3.3LX,最高照度5.5LX，远小于国标CJJ45—2006所规定的平均照度8—10LX的要求，其均匀度更差。
　　从上述对比可以看出，目前太阳能路灯在性能和价格两方面都不如常规路灯。
　　太阳能路灯管理困难
　　所谓管理，管理是在特定的环境下，管理者为了实现一定的目标，对其所能支配的各种资源进行有效的计划、组织、领导和控制等一系列活动的过程。对于城市照明管理单位来讲，广义上的管就是组织控制，理是维护修理。狭义上的管理就是组织控制。正常路灯的管由管理者所控制，可以随时调整亮熄灯时间，统一、同时。而太阳能路灯由事先设计的光控或时控控制进行单灯控制，作为管理者若要对其亮熄灯时间进行调整，必须每一盏灯进行现场调试，无法统一、同时调整，况且由于每只光控或时控的控制时间不可能完全统一，每套太阳能路灯的亮灯时间不能保持同时一致，经实测亮灯时间间隔少则数十秒，多则几分钟，给管理者带来非常大的不便。从大的方面讲，各市道路照明管理部门都参与各市的人防预案中灯火防空预案的编制工作，《灯火防空预案》要求在战争期间或紧急情况下，城市灯光特别是路灯要按人防或相关要求统一亮熄控制，而太阳能路灯很难做到，即便做到，成本也相当昂贵；另外，道路照明是服务广大人民的出行和车辆的安全，平时根据所在地区的地理位置、季节变化和天空亮度变化确定开关灯时间，在特殊时间段如风砂、浓雾等恶劣天气或特殊要求时间要及时提前开灯或延后熄灯时间，提供相关应急照明，太阳能路灯目前很难做到。
太阳能路灯性能难以满足道路照明的要求
　　太阳能作为一种自然能源，毕竟要受到光照、天气等自然因素的影响和限制，阴雨天过长影响亮灯，照度或亮度达不到国家标准的要求，甚至不亮灯（合理的道路照明与无灯相比，可将安全事故降低3倍）；对安装位置、角度要求高，太阳能电池板必须保证足够的日照时间，对安装的角度也有严格的限制，但在城市道路两边或绿化分割带内行道树高大繁密，两侧高楼大厦林立，遮光现象十分严重，布灯环境恶劣，要在城市道路中合理均匀布置路灯难度太大。
　　光照范围窄，目前所应用的太阳能路灯经中国市政工程协会考察并经现场测定，一般照度范围为6—7米，超出7米以外就会昏暗不清；
　　功率小，因目前电池板转换效率不高，不超过15%，一般在13%左右，而要为大功率照明光源电器提供支持，则必须加大电池板面积，而电池板面积对城市景观影响大，同时大面积的电池板对整套路灯的安全性带来很大影响。因此只有在电池板转换效率大幅提高后才能使用大功率照明光源电器为主次干道、支路提供照明。
　　四、太阳能路灯的生产与验收标准尚未出台
　　所谓标准：标准是对重复性事物或概念所做的统一规定，它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管部门批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。
　　近年来，太阳能光伏技术发展很快，生产厂家如雨后春笋。但是，产品没有形成系列，质量参差不齐，甚至在光源的选择以及电路设计中存在许多缺陷，降低了产品的经济性和可靠性。虽然，国家出台了GB/T19064--2003《家用太阳能光电源系统技术条件和试验方法》，但由于目前我国生产的太阳能照明灯具90%以上用的是微型太阳能电池组件，相关的国家标准尚未制定，虽然有的企业制定了企业标准，但都存在不合理之处，特别在抗紫外线和功率测试方面根本没有比较明确和合理的规定，目前微型太阳能电池组件的生产正处于一种无序状态，很多太阳能灯上的电池使用不到一年就损坏了，使太阳能光伏技术产业化受到极大影响。因无相关的国家标准，没有一种科学合理的方法来衡量其光电性能，用户对于只标明光源功率和连续阴雨天的工作时间，而没有说明在不同照度下发光时间及照明有效范围的太阳能路灯也没有验收的方法和依据，这对于一个节能环保产品来讲是远远不够的，大大阻碍了太阳能路灯的规模推广。
　　太阳能路灯的维护困难
　　太阳能路灯与常规路灯主要是其供电电源的不同，太阳能路灯供电系统由电池板、蓄电池、控制器和逆变器（若接220V交流光源）组成，因其标准、质量和安装方式给日常维护带来了非常大的困难。
　　太阳能电池板：首先其质量无法控制检测，寿命周期得不到保证。太阳能电池组件的寿命取决于封装形式，严格用层压工艺制造的合格太阳能电池其使用寿命可达25—30年，但目前我国生产的太阳能电池绝大多数采用环氧树脂“滴胶”封装，在太阳光紫外线的照射下，环氧树脂就会发黄、泛白，电池寿命只有1—2年，即使改良型环氧树脂能使寿命达到2年以上，但仍不能满足使用的要求，有的甚至达不到“能量回收期”。即使一些电池板采用层压工艺，但这些电池板绝大多数由一些没有通过质量论证的小企业所生产，使用的是透光性差的普通玻璃和EVA等较差的封装材料，再加上没有严格按照工艺要求进行封装，使用寿命超过4—5年的并不多；二、电池板的热岛效应。太阳能电池组件由多片太阳能电池组合而成，在使用的过程中如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如鸟粪、树叶等，单独被遮挡太阳能电池在强烈太阳光的照射下就会发热损坏，于是就造成整个太阳能电池组件损坏，这就是所谓的热岛效应。即使将太阳能电池板倾斜放置，并加装防鸟针，也不能完全防止树叶、鸟粪或其它遮挡物的附着，这就要求工作人员要经常对太阳能电池板进行清洁。另外还需定期检查所有安装部件的紧固程度，遇到冰雹﹑狂风﹑暴雨等异常天气，应及时采用保护措施。这种工作比正常维护常规路灯要消耗更多、更大量的时间、人力、机械。
　　2、蓄电池等相关设备。
　　由于太阳能光伏发电系统的输出能量极不稳定，所以一般需配置蓄电池才能正常工作，而太阳能蓄电池等设备通常安装在灯杆底座内，因其体积较大，不可能在灯杆底座上加开电器门以供更换修理（电器门尺寸过大，将严重危胁灯杆安全，同时对设备安全也带来很大隐患），若需维护和更换时一般都将灯杆拆除吊起，工作完毕后再重新安装上去。目前正常蓄电池的使用寿命在2～3年，（蓄电池是太阳能电力系统中最薄弱的环节，储能电容可以在一定程度上解决这个问题。储能电容的使用寿命可以达到10年以上，而且控制电路简单，但是昂贵的价格限制了它的应用）。而且在其寿命周期内还要经常检查蓄电池的充电放电情况，随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。另外在一些简单的系统中应根据储能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放而损坏。发现有异常情况应当立刻检查﹑维修，加上其它设备如控制器、逆变器等的故障检查，可以想象，如果不彻底解决蓄电池的寿命和体积，其维护将是一件极其繁重的工作，若数量较大，其不可避免的影响路灯的亮灯率和维修及时率，造成很大安全隐患。
　　环保问题
　　由于太阳能的“环保”作用，使人们忽视了对其内部蓄电池进行评审。目前我们所看到的太阳能灯都是独立的光伏发电系统，独立的光伏发电系统需要用蓄电池存储电能。使用的蓄电池一般有铅酸蓄电池、NI—CD蓄电池、NI--H蓄电池、锂蓄电池等。其中NI—CD蓄电池由于对环境破坏严重，在国际上是严禁使用的，但很多太阳能灯生产厂方为了降低成本却一直在大量使用。另外铅酸蓄电池、NI--H蓄电池、锂蓄电池等也存在回收问题，如果没有合理的回收渠道和方法，同样会对环境造成很大污染。
　　结束语:
　　综上所述，太阳能路灯暂时还不能使用在城市主次干道、支路上进行照明，城市主次干道、支路有其法定的照度、均匀度和相关控制要求，就目前太阳能电池的转换效率、价格以及蓄电池的寿命、尺寸等来讲，还不能满足这个要求。但随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在，太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保干净的新能源，越来越受到重视，太阳能电池及相关技术正以出乎人们意料之外的惊人速度在发展，根据科学家的保守估计，在未来十几年里，太阳能电池的效率将达到20%，同时价格将下降近一半，相关的配套光源及设备的寿命也将大幅提高，控制也将越来越科学，维护也将进一步简化，太阳能将被更深度、更广泛的利用，使太阳恩赐给大地的光明在夜晚为人类提供照明，真正意义上的绿色照明即将来临！