太阳能路灯在节能城市建设中的应用
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摘 要：随着世界能源危机的加剧，用太阳能路灯对于建设节约型社会，促进经济社会的持续发展具有重要的战略意义。对目前太阳能路灯使用过程中的一些问题进行探讨。
关键词：太阳能路灯；道路照明；节能
利用太阳能进行路灯照明，节能、经济且环保，无需由传统的公共电力系统获取电能，节省了变配电设备、缆线与开关等的投资，基本没有运行费用。由太阳能转化为电能，降低了能源压力，避免了煤、油与核等发电导致的大气和环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。
一、利用太阳能进行路灯照明的优点
（一）降低能源压力
经济的持续发展和生活水平的提高，人类对能源的需求越来越大，现在，地球的能源储藏最日趋枯竭，压力与日俱增。太阳能是可再生能源，可大大减少人类对一次性能源的使用，降低对能源资源需求的压力，并且省下煤、石油等资源作为化工原料，为人类创造财富，太阳能路灯照明的大规模应用将会在这些方面发挥重要作用。
（二）减少排放
太阳能洁净、无排放，太阳能光伏系统每发10 000 kW的电就可替代4 t标准煤，这样就避免了4 t标准煤的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和烟尘的排放，有利于环境的保护和改善。
（三）节省土地
太阳能路灯照明系统，实现了单灯自给、自动控制，不需要输电设施，因此节省了传统电网供电系统中必需的地埋电缆、配电控制箱及配电变压器所占用的土地。
（四）节省人力物力
太阳能路灯照明系统，省去了电缆，配电控制箱、配电变压器等输电设施，节省了这些设施的费用和安装所需要的人力物力，并且运行后不需要缴纳电费等费用，经济方便，维护量小，一次投资，长期受益，尤其适合应用于供电距离较远或不易供电的地方。
二、太阳能路灯照明系统的设计要求和实施
路灯位于露天，位置较高，无遮挡，利用太阳能具有得天独厚的条件，为了使太阳能路灯照明系统具有理想的照明效果，并能够经济、高效和安全的运行，需要对日照、环境变化及照度等情况进行认真地分析、研究，根据具体情况进行科学的设计，按照有关要求认真进行工程实施。
（一）太阳能采集
太阳能电池组件接受太阳能，并将其直接转化为电能，太阳能电池输出功率的多少与电池方阵面上接收太阳辐照量的角度有关，而在不同时期其最佳角度是不一样的。路灯照明系统冬天日耗电量大，夏天日耗电量小，而夏天太阳辐射强度要比冬天大，冬天产生的电量比夏天少，在确定电池方阵最佳角度时要充分考虑这个因素。阴雨天或夜晚太阳能电池无功率输出，根据路灯日耗电量确定太阳能电池功率，为了保证系统的正常工作，太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上。
（二）电能储存
太阳能电池在白天进行光电转化工作，电能在夜晚才能用于照明，因此必须储备在蓄电池内，由于太阳能电池板的输出能量极不稳定，需配备蓄电池，太阳能推广太阳能路灯以实现节能减排，路灯等负荷才能正常工作。蓄电池容量的选择首先要在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，会使蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20%一30%，才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池容量应在负载日耗量高6倍以上为宜。
（三）系统控制
通过控制器实现对太阳能照明系统工作状态的自动控制，进行照明灯的光控、时控或设置开关、调光、雷电保护和电路短路保护，在温差较大的地方，还应具备温度补偿功能。为了延长蓄电池的使用寿命，对其充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电，进行过充电保护、反充电保护和过放电保护等。控制器是太阳能照明系统的＂大脑＂，要根据系统的参数，选择合适的控制器，让系统的各项性能指标和可靠性具有足够的技术保证，使系统的工作能够得到顺利地进行。
（四）逆变器
根据我同现状，一般蓄电池为24 V（或12 V、36 V），室外照明灯泡（灯管）为220 V、50 Hz交流电，因此，逆变器应选择DC 24 V（或12 V、36 V）/AC 220 V的电压形式，通过逆变器把蓄电池输出的直流电变成交流电，供交流照明负载使用。为保证逆变工作的安全，逆变器应具有电路短路保护、欠电压保护、过电流保护、反接保护及雷电保护等功能。照明负载为直流时不必设置逆变器。
（五）照明灯
太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具能否正常使用的重要指标，太阳能灯具的选择要综合考虑价格、寿命、可靠性、光效、功率范围、均匀度和色温等因素，根据路灯的照明要求和容量的匹配，太阳能路灯以选择金卤灯、无极灯、高压钠灯和LED灯为宜。
1.金卤灯：尺寸小，占用空间小，光效高，使用寿命较长，可达8 000—20 000 h，显色性优良，适用范围较广。
2.高压钠灯：高压钠灯光效高（可达140 lm/W），寿命长（可达20 000 h以上），但显色惟一般，适用于一般的道路。
3.无极灯：功率小，光效较高。该灯在220 V（纯正弦波，频率50 Hz）普通市电条件下使用，寿命町以达到5万h，在太阳能灯具上使用寿命大大减少和普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、相位及电压都足不能和普通市电相比的）。
4.LED灯：寿命长，可达1 000 000 h，工作电压可为12 V或24 V，不需要逆变器，光效较高，国产约为50 lm/w，进口约为80 lm/W。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。
（六）灯杆及系统外露部分
根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定灯杆的高度，参考当地的历史数据，确定电池组件支架和灯杆的抗风系数，路灯进出线和控制室的防雨、蓄电池的冬季保温和夏季降温、蓄电池室的透气和防水、灯具的防雨、防虫以及防雹等都要考虑，还要做好防盗措施。
（七）防雷接地
为了提高路灯的防雷能力和运行安全，路灯的会属灯杆应要防雷接地，交流路灯应要电气保护接地，接地电阻不大于10Ω。直流路灯的工作电压一般为12 V或24 V，属安全电压，不需要做电气保护接地。
三、太阳能路灯建设的建议与思考
太阳能路灯作为城市照明的一种新型方式，具有显著的优势：节约能源、降低电缆偷盗、施工灵活自成系统。但是作为城市的基础设施大规模推广它还面临许多技术问题需要解决。因此对于太阳能路灯的使用有以下建议。
（一）针对太阳能照明应用中存在技术障碍、成本高等问题，由政府主管部门、城市照明管理部门以及太阳能研发机构和企业加强政产学研合作，共同攻关，发挥光伏产业优势，促进太阳能在城市照明中的推广应用。政府相应予以扶持，加强研发力量与专业部门的合作开发，给予财政税收等方面的支持。
（二）充分发挥太阳能照明的优点，选择适宜的场地推广太阳能路灯应用。从城市照明实际来看，目前在城市支路、相对边远的山区、照度要求较低的公共休闲公园及人流量稀少容易发生电缆偷盗的地方、不具备供电条件的场所可尝试使用太阳能路灯。
（三）为方便维护管理，尽可能使用太阳能集中供电方式，不妨考虑在城市广场把太阳能板结合在景观建筑、长廊、休息亭等结构中，然后把收集的电能集中到专门的配电房，再在夜间供给广场的各类灯具使用，营造出一个绿色节能的城市广场。
（四）根据目前存在技术问题，应该考虑将太阳能技术与LED路灯、大功率节能灯、高频无极灯技术相结合，作为太阳能路灯的发展方向，着重开发中低功率路灯（相当于普通150W及以下的路灯）。
（五）开发与太阳能路灯相匹配的控制技术，实现太阳能路灯的可靠开启与关闭，要做到既能根据照度的要求实现智能开灯，又要在特殊条件下（如防空）实现统一关闭。
总之，太阳能对于我国不断增长的能源需求是一项不可忽视的补充，太阳能路灯也是城市照明发展的新方向。我们期待着在太阳能技术领域里的新突破，为城市照明事业带来划时代的发展。
参考文献：
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