王 皓

(南昌市路燈管理處，南昌 330000)

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

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

太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。太陽(yáng)能作為一種全新的能源利用方式，雖然目前在整個(gè)能源供應(yīng)體系當(dāng)中所占的比例稱得上微乎其微，但在低碳經(jīng)濟(jì)模式快速構(gòu)建的過(guò)程中，其重要性不言而喻。

在我國(guó)，由于大力推廣LED及太陽(yáng)能光伏照明技術(shù)，各級(jí)政府均對(duì)該產(chǎn)業(yè)加大了扶持力度，科技部推廣應(yīng)用的“十城萬(wàn)盞”就是典型的例子。2009年中國(guó)的LED路燈裝置數(shù)量約25萬(wàn)盞，2010年達(dá)到了40萬(wàn)盞以上的規(guī)模。而2010年舉行的上海世博會(huì)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(rèn)知。

1.2 太陽(yáng)能LED照明市場(chǎng)的規(guī)模增長(zhǎng)快

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全球LED照明市場(chǎng)約200億元人民幣，僅過(guò)了一年，2010年整個(gè)市場(chǎng)達(dá)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(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)分析，到2013年，LED照明市場(chǎng)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(kuò)大的LED照明市場(chǎng)一旦與太陽(yáng)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(jì)太陽(yáng)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(yáng)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(dòng)感英雄都市”，景觀照明一直是城市建設(shè)的重點(diǎn)，近年來(lái)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(kuò)大，耗能也急劇增加，采用太陽(yáng)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(jiàn)的節(jié)能效益;采用傳統(tǒng)電源的LED景觀照明成本高，太陽(yáng)能LED照明技術(shù)的成本更高，但景觀照明消耗電費(fèi)將在初裝后不產(chǎn)生費(fèi)用，且敷設(shè)、架設(shè)相關(guān)管線的人工、材料的費(fèi)用已超過(guò)了太陽(yáng)能LED照明技術(shù)的成本，這是摸得著的成本效益;同時(shí)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(shí)施開(kāi)挖地面、敷設(shè)管線，必然會(huì)破壞周邊生態(tài)環(huán)境。應(yīng)用太陽(yáng)能LED照明技術(shù)，不用敷設(shè)大量管線，只需開(kāi)挖體積較小的蓄電巢即可，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，這是感覺(jué)得到的環(huán)境效益。

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

現(xiàn)有的太陽(yáng)能LED道路照明系統(tǒng)方案一般有兩種:

方案 電流計(jì)算 實(shí)際蓄電池需求 實(shí)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(shí)間:假設(shè)4H;日放電時(shí)間10H(以晚19時(shí)至次日晨5時(shí)為例);滿足連續(xù)陰雨天5天 (另加陰雨前一夜用電，共計(jì)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(shí)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(jì)算:實(shí)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(shí)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(shí)際需求=87W×120%×2組=104W道路照明無(wú)影響，建設(shè)費(fèi)用較低，但耗能較高，對(duì)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(shí)間:假設(shè)4H;日放電時(shí)間10H(以晚19時(shí)至次日晨5時(shí)為例);通過(guò)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(shí)至23時(shí)100%功率，23時(shí)至凌晨5時(shí)50%功率，合計(jì)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(shí)際電流≥1.75A(加上5%線損等);按需要12V蓄電池兩組計(jì)算:實(shí)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(shí)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(shí)際需求=61W×105%×2組=128W道路照明有部分時(shí)段受影響，建設(shè)費(fèi)用較高，但由于靈活調(diào)節(jié)時(shí)間，可延長(zhǎng)照明時(shí)間，耗能較低

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

實(shí)際效果以南昌市為例:南昌市地處亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)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(jiàn)，如道路照明采用太陽(yáng)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(gè)小時(shí)，只能支持連續(xù)5～6個(gè)陰雨天，而方案二通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間，在相同的蓄電池容量條件下，照明時(shí)間更長(zhǎng)。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(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣，將導(dǎo)致采用該項(xiàng)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(zhǎng)在該類氣候地區(qū)的道路照明時(shí)間，方案二仍是不錯(cuò)的選擇;而采用方案一的城市應(yīng)地處全年陽(yáng)光照射期、雨期分布較均勻的地區(qū)為佳。

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

太陽(yáng)能LED景觀照明控制與傳統(tǒng)光源無(wú)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(yáng)能獨(dú)立供電方式的景觀照明設(shè)施可以建造在太陽(yáng)光照射到的大部分區(qū)域，建設(shè)太陽(yáng)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(kāi)挖控制線路將得不償失，一般太陽(yáng)能景觀照明設(shè)施本身裝有短距離的小型無(wú)線控制裝置，以控制該區(qū)域的設(shè)施的無(wú)線控制箱為中心分布建設(shè)。控制指令由城市照明控制中心發(fā)送到所在控制箱，然后通過(guò)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(yáng)能LED照明存在的主要應(yīng)用困難及解決思路

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

(1)分散性:到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。因此，在利用太陽(yáng)能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)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(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)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(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問(wèn)題，即把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來(lái)，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。

3.2 太陽(yáng)能LED照明的大規(guī)模推廣的困難

首先推廣的資金來(lái)源，現(xiàn)有的太陽(yáng)能LED照明工程建設(shè)資金來(lái)源主要是各級(jí)政府進(jìn)行定向投入，同時(shí)政府進(jìn)行補(bǔ)貼。如果采用市場(chǎng)化運(yùn)作，進(jìn)行公開(kāi)招標(biāo)建設(shè)，首先無(wú)國(guó)家強(qiáng)制性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)基本上是各個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn);其次對(duì)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(yáng)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(xiàng)新技術(shù)，要具備創(chuàng)新的、專門針對(duì)太陽(yáng)能LED照明的電路控制系統(tǒng)技術(shù)，這都需要時(shí)間去完善。

3.3 太陽(yáng)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(jì)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(yáng)能蓄電站，對(duì)周邊公共照明設(shè)施進(jìn)行供電。該方案只需對(duì)少部分區(qū)域進(jìn)行施工，適用于要求對(duì)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(duì)于城市主要道路照明應(yīng)用，為增強(qiáng)安全、可靠性，應(yīng)采用智能并網(wǎng)太陽(yáng)能蓄電站，當(dāng)太陽(yáng)能蓄電存儲(chǔ)量低于警戒線，傳統(tǒng)供電電源可進(jìn)行主動(dòng)供電。由于該方案仍需開(kāi)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(chǎng)迅速擴(kuò)大，但是由于相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)缺少方向指引;另一方面又由于沒(méi)有具體的準(zhǔn)則，各種產(chǎn)品良莠不齊，帶來(lái)了顧慮和隱患。

有鑒于此，2010年廣東省率先頒布實(shí)施了《廣東省LED路燈地方標(biāo)準(zhǔn)》，北京、陜西、江西等一些省市也陸續(xù)頒布了自身地方標(biāo)準(zhǔn)，這些地方標(biāo)準(zhǔn)也客觀的在推動(dòng)著未來(lái)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)。統(tǒng)一LED路燈標(biāo)準(zhǔn)，使整個(gè)LED路燈行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性得到保證，通過(guò)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(yáng)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(yáng)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(fù)責(zé)管理協(xié)調(diào)，對(duì)太陽(yáng)能LED路燈應(yīng)用發(fā)展將會(huì)更加順利。

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

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