探討太陽能LED照明如何與城市建設和諧發展

王 皓

(南昌市路燈管理處，南昌 330000)

1 太陽能光伏照明技術與LED照明應用的現狀

1.1 太陽能光伏照明技術、LED照明及我國應用的相關情況

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染。太陽能作為一種全新的能源利用方式，雖然目前在整個能源供應體系當中所占的比例稱得上微乎其微，但在低碳經濟模式快速構建的過程中，其重要性不言而喻。

在我國，由于大力推廣LED及太陽能光伏照明技術，各級政府均對該產業加大了扶持力度，科技部推廣應用的“十城萬盞”就是典型的例子。2009年中國的LED路燈裝置數量約25萬盞，2010年達到了40萬盞以上的規模。而2010年舉行的上海世博會就采用了大量的LED景觀照明技術，更是得到了各界廣泛認知。

1.2 太陽能LED照明市場的規模增長快

據統計，2009年全球LED照明市場約200億元人民幣，僅過了一年，2010年整個市場達到了將近300億人民幣的規模，發展速度接近50%，經權威研究機構預測分析，到2013年，LED照明市場總規模將增加到近千億元人民幣。如此發展迅速、規模急劇擴大的LED照明市場一旦與太陽能光伏技術結合，產生的節能效益不可估量。

2 合理設計太陽能LED照明系統讓城市景觀照明建設與環境和諧發展

2.1 如何利用現有的太陽能光伏技術和LED照明服務于城市發展

南昌市內水網密布，贛江、撫河、玉帶河縱橫境內，湖泊眾多。而作為“花園動感英雄都市”，景觀照明一直是城市建設的重點，近年來南昌市加大了景觀照明設施的建設，景觀照明規模快速擴大，耗能也急劇增加，采用太陽能LED照明技術，將大大緩解美化城市與能源的矛盾，這是看得見的節能效益;采用傳統電源的LED景觀照明成本高，太陽能LED照明技術的成本更高，但景觀照明消耗電費將在初裝后不產生費用，且敷設、架設相關管線的人工、材料的費用已超過了太陽能LED照明技術的成本，這是摸得著的成本效益;同時作為建設花園城市，采用傳統光源建設景觀照明必不可少的要實施開挖地面、敷設管線，必然會破壞周邊生態環境。應用太陽能LED照明技術，不用敷設大量管線，只需開挖體積較小的蓄電巢即可，不會對環境產生較大影響，這是感覺得到的環境效益。

2.2 應針對不同地區靈活應用現有的太陽能LED照明技術方案

現有的太陽能LED道路照明系統方案一般有兩種:

方案 電流計算 實際蓄電池需求 實際電池板需求 綜合效益一、常規方案:燈具選擇:單路24V LED燈 (40W);城市日均日照時間:假設4H;日放電時間10H(以晚19時至次日晨5時為例);滿足連續陰雨天5天 (另加陰雨前一夜用電，共計6天)。I=40W/24V=1.67A①理想蓄電池需求 (理想狀態) =1.67A×10H× (5+1)天=100AH②由于蓄電池充、放電預留20%容量，照明設施的實際電流≥2A(加上20%損耗，其中包括恒流源、線損等);按需要12V蓄電池兩組計算:實際蓄電池需求=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際需求=87W×120%×2組=104W道路照明無影響，建設費用較低，但耗能較高，對地處雨季較多的地區并不適合。二、調節功率及恒電流方案:燈具選擇:單路24V LED燈 (40W);城市日均日照時間:假設4H;日放電時間10H(以晚19時至次日晨5時為例);通過控制器夜間分段調節LED燈的功率，以降低總功耗 (晚19時至23時100%功率，23時至凌晨5時50%功率，合計7H)I=40W/24V=1.67A①理想蓄電池需求 (理想狀態) =1.67A×7H× (5+1)天=70AH②由于蓄電池充、放電預留20%容量，照明設施的實際電流≥1.75A(加上5%線損等);按需要12V蓄電池兩組計算:實際蓄電池需求=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際需求=61W×105%×2組=128W道路照明有部分時段受影響，建設費用較高，但由于靈活調節時間，可延長照明時間，耗能較低

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

實際效果以南昌市為例:南昌市地處亞熱帶季風濕潤氣候，雨季較為集中在4～7月份，占全年一半以上，十多天連續雨天并不罕見，如道路照明采用太陽能LED路燈照明技術，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個小時，只能支持連續5～6個陰雨天，而方案二通過調節時間，在相同的蓄電池容量條件下，照明時間更長。由于道路照明關系到人民群眾的夜間出行安全，如發生長時間陰雨天氣，將導致采用該項照明技術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，延長在該類氣候地區的道路照明時間，方案二仍是不錯的選擇;而采用方案一的城市應地處全年陽光照射期、雨期分布較均勻的地區為佳。

2.3 太陽能LED景觀照明與智能無線控制系統技術結合

太陽能LED景觀照明控制與傳統光源無線控制技術有一定地區別。傳統光源一般在一定路段內設置控制箱，沿相關管線鋪設控制線路;而作為太陽能獨立供電方式的景觀照明設施可以建造在太陽光照射到的大部分區域，建設太陽能景觀照明設施本身就為了不破壞周邊環境，如因控制的原因開挖控制線路將得不償失，一般太陽能景觀照明設施本身裝有短距離的小型無線控制裝置，以控制該區域的設施的無線控制箱為中心分布建設。控制指令由城市照明控制中心發送到所在控制箱，然后通過控制箱發送到所轄范圍內的照明設施。

3 現階段太陽能LED照明存在的主要應用困難及解決思路

3.1 太陽能LED照明技術利用會受到客觀因素的限制以及晴，陰，云，雨等隨機因素

(1)分散性:到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。

(2)不穩定性:由于受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。

(3)效率低和成本高:目前太陽能利用的發展水平，有些方面在理論上是可行的，技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經濟性還不能與常規能源相競爭。在今后相當一段時期內，太陽能利用的進一步發展，主要受到經濟性的制約。

3.2 太陽能LED照明的大規模推廣的困難

首先推廣的資金來源，現有的太陽能LED照明工程建設資金來源主要是各級政府進行定向投入，同時政府進行補貼。如果采用市場化運作，進行公開招標建設，首先無國家強制性的統一標準，現有的標準基本上是各個企業標準;其次對制造企業要求較高，不僅需要大量的資金支持，而且還需要可靠的科研力量，具備成熟的太陽能光伏技術和LED照明技術的整合能力;最重要的是，原有傳統方式電路并不適合該項新技術，要具備創新的、專門針對太陽能LED照明的電路控制系統技術，這都需要時間去完善。

3.3 太陽能LED路燈推廣困難的一些解決思路

(1)在景區和小街巷等區域，可設計建設規模性的走廊、休息小亭等，外形功能均與環境協調的小型離線太陽能蓄電站，對周邊公共照明設施進行供電。該方案只需對少部分區域進行施工，適用于要求對周邊環境破壞較少或傳統施工環境復雜小街巷的情況。

(2)對于城市主要道路照明應用，為增強安全、可靠性，應采用智能并網太陽能蓄電站，當太陽能蓄電存儲量低于警戒線，傳統供電電源可進行主動供電。由于該方案仍需開挖沿路路面，僅適合于急缺用電且大規模路燈應用的城市主干道。

(3)現今LED應用市場迅速擴大，但是由于相關行業標準的缺失，使得LED行業發展遇到種種阻礙。一方面由于缺乏標準，企業在開發產品時缺少方向指引;另一方面又由于沒有具體的準則，各種產品良莠不齊，帶來了顧慮和隱患。

有鑒于此，2010年廣東省率先頒布實施了《廣東省LED路燈地方標準》，北京、陜西、江西等一些省市也陸續頒布了自身地方標準，這些地方標準也客觀的在推動著未來國家標準的出臺。統一LED路燈標準，使整個LED路燈行業產品質量穩定性得到保證，通過大力宣傳LED城市公共設施照明的品質觀念，從而使人們從思想上較易接受太陽能與LED路燈結合的城市道路照明節能技術。在具體使用方面，由于太陽能LED路燈城市道路照明節能技術是新興技術，如由政府單一部門負責管理協調，對太陽能LED路燈應用發展將會更加順利。

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

［2］田力文主編.太陽能光伏照明手冊 ［M］.化學工業出版社.2010.11.