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太陽(yáng)能在城市照明的應(yīng)用前景

上傳人:admin

上傳時(shí)間: 2007-06-04

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一、太陽(yáng)能簡(jiǎn)介及廣闊前景

  我國(guó)幅員廣大,有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。據(jù)估算,全國(guó)各地太陽(yáng)年輻射總量達(dá)3340-8400MJ/m2,中值為5852MJ/m2。從全國(guó)太陽(yáng)年輻射總量的分布來(lái)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(tái)灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽(yáng)輻射總量很大。位于廣東南部的深圳,日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)能資源相當(dāng)豐富,具備應(yīng)用太陽(yáng)能的條件。

  近年來(lái),電力供應(yīng)持續(xù)緊張,同時(shí),石油、煤等常規(guī)能源價(jià)格不斷攀升,給以太陽(yáng)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(jí)政府制訂了一系列推動(dòng)太陽(yáng)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(qiáng)調(diào)要大力發(fā)展太陽(yáng)能,為深圳大規(guī)模應(yīng)用太陽(yáng)能創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境。

  目前,太陽(yáng)能產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能廣告牌、太陽(yáng)能交通指示牌等,特別是太陽(yáng)能熱水器已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì),深圳2001年的太陽(yáng)能集熱面積已達(dá)43000m2,近兩年每年新增1萬(wàn)平方米,預(yù)計(jì)未來(lái)幾年的發(fā)展速度會(huì)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng),號(hào)稱亞洲第一、與常規(guī)能源相比,太陽(yáng)能具有廣闊的發(fā)展前景:

  1、節(jié)能太陽(yáng)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(yáng)能無(wú)比清潔,無(wú)任何污染,是真正的綠色能源。
  3、經(jīng)濟(jì)太陽(yáng)能無(wú)處不在,免費(fèi)使用,無(wú)需支付電費(fèi)。
  4、安全太陽(yáng)能可直接提供電壓36伏以下直流電,安全可靠。

二、太陽(yáng)能在城市照明的優(yōu)缺點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)選擇

  太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能有兩種基本途徑:一種是把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能,即太陽(yáng)熱發(fā)電;另一種是通過(guò)光電器件將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換為電能,即太陽(yáng)光發(fā)電。從城市照明角度看,一般采用太陽(yáng)光發(fā)電,即通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能利用,因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換裝置通常利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行轉(zhuǎn)換,因此又稱太陽(yáng)能光伏技術(shù)。一套基本的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)包括太陽(yáng)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(guò)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(jiàn)圖)。太陽(yáng)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(yáng)能照明的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)同樣明顯。優(yōu)點(diǎn)如下:

  一、太陽(yáng)能照明節(jié)能、環(huán)保、零排放,無(wú)污染,是真正的綠色照明。
  二、無(wú)需進(jìn)行電力增容配套,可單獨(dú)安裝,節(jié)約配電系統(tǒng)開(kāi)支。按深圳實(shí)際推算,路燈配電系統(tǒng)價(jià)格約為4-5元/W。
  三、一次投資,長(zhǎng)期受益,無(wú)需支付電費(fèi),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(fèi):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(wú)需挖溝埋線,避免損壞道路,節(jié)省施工費(fèi)用,特別對(duì)無(wú)電源和難于敷設(shè)電纜的路段,更有現(xiàn)實(shí)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(chǎng)所使用。
  六、自動(dòng)控制,維護(hù)管理簡(jiǎn)便,安全可靠,無(wú)電纜被盜的煩惱。

  但是,太陽(yáng)能照明的局限性也顯而易見(jiàn):

  一、造價(jià)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(jià)格進(jìn)行對(duì)比??紤]陰雨天的影響,功率1瓦燈泡需要4峰瓦電池板供電,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品(包括燈桿、燈具、光電逆變裝置、基礎(chǔ)等全部費(fèi)用)每峰瓦價(jià)格約60-80元,換算為燈泡功率則價(jià)格為240-320元/W。相比之下,傳統(tǒng)路燈價(jià)格低很多,按深圳實(shí)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(fèi)用)價(jià)格約為35-100元/W。

  二、功率偏小,電池板對(duì)城市景觀影響大。因?yàn)殡姵匕遛D(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(jì)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(yáng)能照明應(yīng)立足于小功率產(chǎn)品。

  三、太陽(yáng)能燈受環(huán)境因素影響太大,陰雨天過(guò)長(zhǎng)影響亮燈,對(duì)安裝位置要求高。太陽(yáng)能電池板必需保證足夠的日照時(shí)間,而且對(duì)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(shù)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(yáng)能低壓直流電源配套的直流燈泡選擇很少,價(jià)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(wèn)題。

表1 太陽(yáng)能路燈與常規(guī)路燈的比較

序號(hào)
項(xiàng)目
太陽(yáng)能路燈
傳統(tǒng)路燈
1
節(jié)能、環(huán)保

2
配電系統(tǒng)
無(wú)
4-5元/W
3
年電費(fèi)
無(wú)
3.86元/W
4
破挖管線
無(wú)
5
安全性
可直接用于油田等特殊場(chǎng)所
需轉(zhuǎn)換
6
造價(jià)
240-320元/W
35-100元/W
7
功率

無(wú)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
無(wú)
11 配件選擇

  綜上所述,太陽(yáng)能照明產(chǎn)品在短時(shí)期內(nèi)無(wú)法取代傳統(tǒng)路燈,但并非無(wú)所作為,只要抓住小功率、特殊應(yīng)用作文章,在造價(jià)、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(chǎng)上小功率的太陽(yáng)能庭院燈、草坪燈非常有特色,很有競(jìng)爭(zhēng)力,特別配套LED燈泡的草坪燈很別致,電池板面積很小,對(duì)景觀無(wú)負(fù)面影響。特殊應(yīng)用主要在于造型和場(chǎng)所,公交站臺(tái)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(yáng)能作為站臺(tái)廣告牌的電源;附近無(wú)配電系統(tǒng)的路段,可安裝太陽(yáng)能路燈;不能破挖路面、難于敷設(shè)電纜的地方,太陽(yáng)能照明非常有現(xiàn)實(shí)意義,我們中心的立交橋人行通道太陽(yáng)能燈就是很好的例子。

三、應(yīng)用實(shí)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(shí)沒(méi)有單獨(dú)配電,都是從附近路燈接電,所以通道燈開(kāi)關(guān)時(shí)間只能與路燈一致,白天沒(méi)法亮燈。由于立交橋人行通道并非地下通道,在陽(yáng)光燦爛時(shí)照度尚可,但清早、傍晚和陰雨天時(shí)照度較差,長(zhǎng)通道中間幾乎伸手不見(jiàn)五指,經(jīng)常發(fā)生搶劫事件。因此,深圳市民對(duì)立交橋人行通道的白天照明問(wèn)題非常關(guān)注,我們中心為解決該問(wèn)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(guò)高和破挖路面影響交通的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)造價(jià)、功率和景觀等方面的比較權(quán)衡,我們最后選擇了太陽(yáng)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(qiáng)北立交西側(cè)通道安裝了5套13W太陽(yáng)能燈,效果很好,我們因此在今年擴(kuò)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(yáng)能燈,同樣廣受好評(píng)。

  為方便講述,以華強(qiáng)北立交北側(cè)通道為例。該通道長(zhǎng)72米,寬6米,高約2.5米,中間無(wú)采光口。該通道均勻布置8套節(jié)能燈,由通道外太陽(yáng)能電池板集中供電,原計(jì)劃采用12V直流供電,但由于線路長(zhǎng)達(dá)100米,電壓降過(guò)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(yáng)能燈正常工作,具體配置如表2。

表2 通道太陽(yáng)能照明系統(tǒng)配置

序號(hào)
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
個(gè)
8
3
充放電控制器
60A
臺(tái)
1
4
逆變器
220VAC/450VA
臺(tái)
1
5
節(jié)能燈
220VAC/18W


個(gè)
8
6
燈具
投光燈
8
7
燈具保護(hù)罩
個(gè)
8
8
配電箱
臺(tái)
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(jìn)行充電,同時(shí)也照明人行通道,其照明時(shí)間平均為12小時(shí)。清早市政通道燈關(guān)燈,通過(guò)電線把信號(hào)傳到充放電控制器,蓄電池0.5秒后開(kāi)始放電,太陽(yáng)能燈亮燈至傍晚;傍晚市政通道燈開(kāi)燈,信號(hào)傳來(lái),太陽(yáng)能系統(tǒng)立即停止供電,太陽(yáng)能燈滅燈。通過(guò)太陽(yáng)能燈與市政通道燈交替亮燈,保證了通道24小時(shí)亮燈。采用太陽(yáng)能燈還有一個(gè)好處,假如電網(wǎng)停電,太陽(yáng)能燈能保證通道連續(xù)3天亮燈。

  太陽(yáng)能燈亮燈后,在陽(yáng)光燦爛時(shí)效果不明顯,但在清早、傍晚和陰雨天時(shí)效果很好(見(jiàn)表3)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)訪問(wèn),該通道未裝燈前幾乎每天都會(huì)發(fā)生搶劫案,亮燈后至今未發(fā)生過(guò)搶劫案,可能有社會(huì)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(jiàn)五指;安裝后,平均照度為7.14Lx,雖然絕對(duì)值增加不大,但由黑暗改善到能看清路面,安全感增強(qiáng)程度絕非簡(jiǎn)單的照度數(shù)據(jù)所能反映。

四、結(jié)語(yǔ)

  太陽(yáng)能無(wú)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(kuò)大,太陽(yáng)能應(yīng)用將會(huì)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(yáng)能行業(yè)創(chuàng)造巨大效益,也將給城市照明帶來(lái)新的革命。太陽(yáng)能在城市照明應(yīng)用將會(huì)有美好的前景,我們期待這一天早日到來(lái)。

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