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資料

太陽能在城市照明的應(yīng)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(jù)估算,全國各地太陽年輻射總量達(dá)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(nèi)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(qū)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(dāng)豐富,具備應(yīng)用太陽能的條件。

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

  目前,太陽能產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛,如太陽能熱水器、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、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(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計,深圳2001年的太陽能集熱面積已達(dá)43000m2,近兩年每年新增1萬平方米,預(yù)計未來幾年的發(fā)展速度會加快,今年落成的深圳園博園安裝了容量達(dá)1兆瓦的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),號稱亞洲第一、與常規(guī)能源相比,太陽能具有廣闊的發(fā)展前景:

  1、節(jié)能太陽能能量巨大,取之不盡用之不竭,減少資源損耗。
  2、環(huán)保太陽能無比清潔,無任何污染,是真正的綠色能源。
  3、經(jīng)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(yōu)缺點和現(xiàn)實選擇

  太陽能轉(zhuǎn)換為電能有兩種基本途徑:一種是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能,即太陽熱發(fā)電;另一種是通過光電器件將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能,即太陽光發(fā)電。從城市照明角度看,一般采用太陽光發(fā)電,即通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽光轉(zhuǎn)換成電能利用,因為光電轉(zhuǎn)換裝置通常利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進行轉(zhuǎn)換,因此又稱太陽能光伏技術(shù)。一套基本的太陽能照明系統(tǒng)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(chǎn)生低壓直流電,也可通過逆變器轉(zhuǎn)換成220伏交流電,然后供給照明負(fù)載(系統(tǒng)圖見圖)。太陽能照明系統(tǒng)的功率主要取決于電池板的面積和轉(zhuǎn)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(chǎn)品是單晶硅,轉(zhuǎn)換效率在10-15%之間。

  與傳統(tǒng)路燈相比,太陽能照明的優(yōu)點和缺點同樣明顯。優(yōu)點如下:

  一、太陽能照明節(jié)能、環(huán)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(jié)約配電系統(tǒng)開支。按深圳實際推算,路燈配電系統(tǒng)價格約為4-5元/W。
  三、一次投資,長期受益,無需支付電費,節(jié)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(zhèn)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(jié)省施工費用,特別對無電源和難于敷設(shè)電纜的路段,更有現(xiàn)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(tǒng)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(nèi)產(chǎn)品(包括燈桿、燈具、光電逆變裝置、基礎(chǔ)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(tǒng)路燈價格低很多,按深圳實際推算,路燈(包括配電系統(tǒng)、燈桿、燈具、破挖路面、敷設(shè)管線、基礎(chǔ)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(zhuǎn)換效率不高,電池板面積約為0.005m2/峰瓦,則100W節(jié)能燈需要的400峰瓦電池板面積達(dá)2m2,已經(jīng)很難滿足防風(fēng)和城市景觀的要求,要提高燈泡功率只能寄望電池板轉(zhuǎn)換效率的大幅提高。根據(jù)道路照明設(shè)計規(guī)范,100W節(jié)能燈只能滿足支路照度的要求,所以目前太陽能照明應(yīng)立足于小功率產(chǎn)品。

  三、太陽能燈受環(huán)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(yán)格要求,但城市道路兩旁高樓林立,行道樹高大茂密,遮光現(xiàn)象嚴(yán)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(zhuǎn)換成220交流電,存在轉(zhuǎn)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(guī)路燈的比較

序號
項目
太陽能路燈
傳統(tǒng)路燈
1
節(jié)能、環(huán)保

2
配電系統(tǒng)

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(zhuǎn)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(huán)境因素
影響明顯
11 配件選擇

  綜上所述,太陽能照明產(chǎn)品在短時期內(nèi)無法取代傳統(tǒng)路燈,但并非無所作為,只要抓住小功率、特殊應(yīng)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?,F(xiàn)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(fù)面影響。特殊應(yīng)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(yán)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(tǒng)的路段,可安裝太陽能路燈;不能破挖路面、難于敷設(shè)電纜的地方,太陽能照明非常有現(xiàn)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(yīng)用實例基本情況及分析

  深圳特區(qū)內(nèi)立交橋共有200多條人行通道,由于建設(shè)時沒有單獨配電,都是從附近路燈接電,所以通道燈開關(guān)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(jīng)常發(fā)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(guān)注,我們中心為解決該問題,想了很多辦法,比如從配電系統(tǒng)直接敷設(shè)電纜供電,但存在投資過高和破挖路面影響交通的問題。經(jīng)過造價、功率和景觀等方面的比較權(quán)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(cè)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(cè)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(jié)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(dá)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(xù)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(tǒng)配置

序號
配件
規(guī)格
單位
數(shù)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(jié)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(tǒng)(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(guān)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(tǒng)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(wǎng)停電,太陽能燈能保證通道連續(xù)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(xiàn)場訪問,該通道未裝燈前幾乎每天都會發(fā)生搶劫案,亮燈后至今未發(fā)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(shù)據(jù)所能反映。

四、結(jié)語

  太陽能無處不在,應(yīng)用研究方興未艾。隨著技術(shù)日漸成熟,應(yīng)用范圍日益擴大,太陽能應(yīng)用將會完成從量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變,一旦在轉(zhuǎn)換效率等方面取得突破,不但給太陽能行業(yè)創(chuàng)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(yīng)用將會有美好的前景,我們期待這一天早日到來。

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