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太陽能在城市照明的應用前景

上傳人:admin

上傳時間: 2007-06-04

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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,具備應用太陽能的條件。

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

  目前,太陽能產品在國內的應用越來越廣泛,如太陽能熱水器、太陽能光伏發電系統、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濟的重要產業。據統計,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電系統,號稱亞洲第一、與常規能源相比,太陽能具有廣闊的發展前景:

  1、節能太陽能能量巨大,取之不盡用之不竭,減少資源損耗。
  2、環保太陽能無比清潔,無任何污染,是真正的綠色能源。
  3、經濟太陽能無處不在,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缺點和現實選擇

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

  與傳統路燈相比,太陽能照明的優點和缺點同樣明顯。優點如下:

  一、太陽能照明節能、環保、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,節約配電系統開支。按深圳實際推算,路燈配電系統價格約為4-5元/W。
  三、一次投資,長期受益,無需支付電費,節電效果明顯。以目前使用最多的高壓鈉燈為例,每瓦年耗電費:1W1.15(電感鎮流器的電耗)11.5h10003650.8元/W.h=3.86元。
  四、安裝方便,無需挖溝埋線,避免損壞道路,節省施工費用,特別對無電源和難于敷設電纜的路段,更有現實意義。
  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。為方便與傳統路燈比較,換算為燈泡每瓦功率所需價格進行對比。考慮陰雨天的影響,功率1瓦燈泡需要4峰瓦電池板供電,國內產品(包括燈桿、燈具、光電逆變裝置、基礎等全部費用)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,傳統路燈價格低很多,按深圳實際推算,路燈(包括配電系統、燈桿、燈具、破挖路面、敷設管線、基礎等全部費用)價格約為35-100元/W。

  二、功率偏小,電池板對城市景觀影響大。因為電池板轉換效率不高,電池板面積約為0.005m2/峰瓦,則100W節能燈需要的400峰瓦電池板面積達2m2,已經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換效率的大幅提高。根據道路照明設計規范,100W節能燈只能滿足支路照度的要求,所以目前太陽能照明應立足于小功率產品。

  三、太陽能燈受環境因素影響太大,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。如果用逆變器轉換成220交流電,存在轉換效率損失和逆變器影響景觀的問題。

表1 太陽能路燈與常規路燈的比較

序號
項目
太陽能路燈
傳統路燈
1
節能、環保

2
配電系統

4-5元/W
3
年電費

3.86元/W
4
破挖管線

5
安全性
可直接用于油田等特殊場所
需轉換
6
造價
240-320元/W
35-100元/W
7
功率

無限制
8
路燈造型
限制多
限制少
9
景觀
影響明顯
影響不明顯
10
環境因素
影響明顯
11 配件選擇

  綜上所述,太陽能照明產品在短時期內無法取代傳統路燈,但并非無所作為,只要抓住小功率、特殊應用作文章,在造價、功率和景觀等三方面取得平衡,還是大有可為的。現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;附近無配電系統的路段,可安裝太陽能路燈;不能破挖路面、難于敷設電纜的地方,太陽能照明非常有現實意義,我們中心的立交橋人行通道太陽能燈就是很好的例子。

三、應用實例基本情況及分析

  深圳特區內立交橋共有200多條人行通道,由于建設時沒有單獨配電,都是從附近路燈接電,所以通道燈開關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,經常發生搶劫事件。因此,深圳市民對立交橋人行通道的白天照明問題非常關注,我們中心為解決該問題,想了很多辦法,比如從配電系統直接敷設電纜供電,但存在投資過高和破挖路面影響交通的問題。經過造價、功率和景觀等方面的比較權衡,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配置

序號
配件
規格
單位
數量
1
電池板
75Wp單晶硅

8
2
蓄電池
12V/150AH

8
3
充放電控制器
60A

1
4
逆變器
220VAC/450VA

1
5
節能燈
220VAC/18W



8
6
燈具
投光燈
8
7
燈具保護罩

8
8
配電箱

2
9
支架
雙管,6米高
1
10 電線 4mm2 300

  該系統(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,假如電網停電,太陽能燈能保證通道連續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)。通過現場訪問,該通道未裝燈前幾乎每天都會發生搶劫案,亮燈后至今未發生過搶劫案,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據所能反映。

四、結語

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

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