應用創新方法TRIZ理論解決太陽能路燈蓄電池防盜問題

韓宏偉

(青海新能源(集團)電力維護有限公司，青海 西寧 810000)

應用創新方法TRIZ理論解決太陽能路燈蓄電池防盜問題

韓宏偉

(青海新能源(集團)電力維護有限公司，青海 西寧 810000)

應用于城市郊區和農村道路上的太陽能路燈經常會發生蓄電池被盜的現象，通過5why、魚骨圖、AFD失效、九窗口、功能和資源等分析方法進行分析，確定了問題的根原因和理想解，然后建立了問題模型圖，應用創新方法TRIZ理論中的技術沖突解決原理和技術系統進化定律，找到了成本較低、容易實現、比較理想的解決方案，即把蓄電池和太陽能路燈基礎結合在一起，起到蓄電池防盜的作用。

防盜；TRIZ理論；太陽能路燈；蓄電池

1 問題背景

隨著太陽能發電技術的發展，太陽能路燈應用于眾多城市郊區和農村的道路上，不僅亮化了道路，而且利用了清潔能源，減少了污染，節約了能源。目前，太陽能路燈大多數是由太陽能電池板、燈桿、光源、路燈基礎、蓄電池和控制系統等組成，如圖1所示。現有太陽能路燈大多采用燈桿和蓄電池箱分離的形式，太陽能路燈一般都安裝在遠離城區的偏遠地方，而蓄電池體積較大，一般是埋在路燈基礎旁邊的地下土層里。太陽能路燈的蓄電池價格昂貴，又處于道路旁邊，非常容易被不法分子大肆偷盜，不僅影響了正常照明，給道路照明造成了不必要的財產損失，又給城市治安帶來了不良影響。如何確保太陽能路燈蓄電池不被不法分子盜竊破壞，成了迫切需要解決的問題[1-2]。

圖1 太陽能路燈系統組成圖

目前，解決該問題的方法有：1) 路燈基礎旁做電池井，將蓄電池深埋入地下，不容易挖掘起到防盜效果；2) 安裝路燈防盜報警器，當路燈發生被盜等故障時，報警器發出報警，工作人員及時趕到現場阻止偷盜。

上述常用方法都只是起到了有限的防盜作用，而對于利用機械工具深挖、較遠路段未等，會出現工作人員趕到已被盜走等情況，故有必要在目前的太陽能路燈技術條件下找到更好、更有效的防盜方法。

2 問題描述

目前，太陽能路燈大多數是由太陽能電池板、燈桿、光源、路燈基礎、蓄電池和控制系統等組成，如圖2所示。

圖2 太陽能路燈系統組成框圖

現有太陽能路燈大多采用燈桿和蓄電池箱分離的形式，太陽能路燈一般都安裝在遠離城區的偏遠地方，而蓄電池體積較大，一般是埋在路燈基礎旁邊的地下土層里，如圖3和圖4所示。太陽能路燈的蓄電池價格昂貴，又處于道路旁邊，非常容易被不法分子大肆偷盜。

圖3 蓄電池和路燈基礎安裝圖(地埋箱放蓄電池)

圖4 蓄電池和路燈基礎安裝圖(預制水泥坑放蓄電池)

3 問題分析

3.1 原因分析

為什么蓄電池會被偷盜，因為廢舊蓄電池都被回收，能賣錢，且容易偷盜；為什么容易偷盜，因為目前太陽能路燈的蓄電池采用直埋的方式埋在路燈燈桿旁邊的土里；為什么采用直埋的方式，因為這種方式成本較低，容易維修；為什么埋在路燈燈桿旁邊的土里，而不放在別的地方，因為這種方式成本較低。

由此可知，要解決太陽能蓄電池防盜問題，就得找一個成本較低且容易維修的方式，來處理蓄電池在太陽能路燈系統中的存放位置或形式。

3.2 影響因素分析

影響蓄電池防盜的因素很多，通過魚骨圖分析(見圖5)可以看出，比如人，如果道德好，法律意識強，就不會去偷盜蓄電池，再比如沒有專業的工具或者人工不能偷盜，也就減少了蓄電池被盜的幾率。

圖5 魚骨圖分析圖

3.3 AFD失效分析

應用AFD思維來反向思考蓄電池被盜的問題，即創造條件讓蓄電池很容易能被盜，AFD失效分析見表1 ，通過反向分析，只要把蓄電池隱藏起來或者做的很小，使其不容易偷盜或者偷盜成本很大，就能起到防盜的作用。

表1 AFD失效分析

3.4 九窗口分析

通過九窗口分析(見圖6)，可以找到新型的、更小的充電電池代替蓄電池，或者通過其他系統來代替太陽能路燈系統，不過由于技術成熟度問題，這些做法的成本非常高，所以目前不適合。

圖6 九窗口分析圖

3.5 根本原因分析

由于太陽能路燈蓄電池價格比較昂貴，而偷盜蓄電池比較容易，成本較低，有利可圖，故經常發生太陽能路燈蓄電池被盜的事情，所以應想辦法提高蓄電池的偷盜成本和難度。

3.6 需求分析

通過上述分析可知，提高蓄電池的偷盜成本和難度，使得偷盜無利可圖，就會減少或杜絕太陽能路燈蓄電池被偷盜的現象。

3.7 功能分析

功能分析圖如圖7所示。蓄電池分離于太陽能路燈系統，造成蓄電池容易被盜。沖突區域確定，建立問題模型圖如圖8所示。

圖7 功能分析圖

圖8 問題模型圖

使蓄電池和太陽能路燈系統成為一個有效的整體，提高了太陽能路燈蓄電池的偷盜成本和難度，但同時不能提高太陽能路燈的造價成本和安裝難度。

3.8 資源分析

1)資源列表。物資資源包括蓄電池箱、燈桿、基礎、太陽能板、光源、土地、控制器和導線；場資源包括重力場、地磁場、電場；信息資源：控制信號。

2)初步資源分析。路燈基礎深埋于地下，其具有一定的質量和強度，蓄電池有一定的質量，可利用蓄電池的質量來代替一部分基礎的質量。

3.9 方案分析

理想方案如圖9所示。沒有蓄電池的太陽能路燈系統就無蓄電池可盜。次理想方案如圖10所示。只有路燈基礎，沒有蓄電池，即路燈基礎就是蓄電池，也就無物可盜了。

圖9 理想方案圖 圖10 次理想方案圖

4 工具選擇

通過對發明問題的分析發現， TRIZ技術沖突解決原理——發明原理中的No.5、No.22可提供一定的借鑒。其中，No.5 合并在空間上將相似的物體連在一起，使其完成并行的操作；在時間上合并相似或相連的操作。No.22 變有害為有益：1)利用有害因素，特別是對環境有害的因素，獲得有益的結果；2)通過與另一種有害因素結合消除一種有害因素；3)加大一種有害因素的程度使其不再有害。同時還發現可惜鑒技術系統進化定律2(增加理想化水平)來解決問題， 該定律是指技術系統向增加理想化水平的方向進化。按下述增加技術系統的效益，如實現更多的功能、更好地實現功能、減少成本或副作用，均可增加技術系統的理想化水平。

理想化程度：Ideality=Benefits/(Costs+Harm)，可通過增加系統的功能，傳輸盡可能多的功能到元件上，將一些系統功能轉移到超系統或外部環節中，利用內部或外部已存在的可利用資源來實現。理想方案是只有路燈基礎，沒有蓄電池，即按照沒有蓄電池或者蓄電池很難找到的思路進行系統進化設計，用路燈基礎來放置蓄電池，保護蓄電池。

1)合并——提高系統的協調性。把蓄電池和路燈集成在一起安裝，路燈基礎的結構保護了蓄電池。

2)變有害為有益——消除有害作用。蓄電池自身的質量對太陽能路燈是有害的，而把蓄電池放在路燈基礎里，就可以把蓄電池的質量合并算到路燈基礎質量里，從而可以減少路燈基礎自有的質量。

蓄電池技術飛速發展，蓄電池的質量和壽命都有所提高，一般蓄電池應用3～5年內不用維護，即不用像以前一樣經常把蓄電池挖出來進行維護；因此，可以考慮把蓄電池和路燈基礎、燈桿進行一體化設計安裝，如果要偷盜蓄電池，就需把整個路燈都破壞或者偷盜，這樣偷盜的成本和難易程度都升高，盜取的價值遠遠低于付出的成本，無利可圖。

5 解決方案

適當擴大路燈基礎，使其中間留出蓄電池的放置位置。預制完路燈基礎后，把蓄電池放置于基礎內，再在基礎上安裝燈桿。路燈基礎是用水泥和鋼筋做的，保護了蓄電池，基礎上又安裝了路燈，使蓄電池不容易從上方取出。蓄電池和路燈基礎安裝示意圖如圖11所示。

圖11 蓄電池和路燈基礎安裝示意圖

鋼筋框架預埋在混凝土內，蓄電池室設置在鋼筋框架上端部，蓄電池室上部取放蓄電池口處設置有底板法蘭盤和燈桿法蘭盤，燈桿通過固定螺釘固定，PVC出線管安裝在底板法蘭盤和燈桿法蘭盤中間；蓄電池室、鋼筋框架和混凝土埋在地平面下面；螺釘桿和鋼筋框架連在一起；燈桿用固定螺釘固定在燈桿法蘭盤上。

6 解決方案的評價

6.1 優勢

本方案利用蓄電池的質量來代替一部分路燈基礎的質量，減少了路燈基礎的材料消耗，但路燈基礎的質量和強度沒有改變；把蓄電池和路燈集成在一起安裝，路燈基礎的結構和路燈燈桿保護了蓄電池；不需要再為蓄電池開挖另外的存儲倉，也不需要安裝蓄電池地埋箱，從而節約了太陽能路燈的安裝成本；提高了太陽能路燈蓄電池的偷盜成本和難度，使得偷盜無利可圖，以杜絕太陽能路燈蓄電池被盜現象；蓄電池室處于鋼筋混凝土基礎內和燈桿下面，且有法蘭盤保護，雨水不容易進入，延長了蓄電池的使用壽命；方便了蓄電池的維修，只要把路燈燈桿吊開，就可以維修，不需要像傳統太陽能路燈維修蓄電池那樣挖開存放蓄電池的土層，打開地埋箱后才能進行維修。

6.2 劣勢

本方案只是使蓄電池的偷盜成本和難度增加，不值得去偷盜，而沒有達到理想解程度，即無蓄電池可盜。

[1] 創新方法研究會,中國21世紀議程管理中心.創新方法教程(初級、中級、高級)[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2] 張林，黃亞宇. 基于TRIZ理論的爬樓輪椅行走機構創新分析與設計[J].新技術新工藝，2014(10)：62-64.

責任編輯李思文

ApplicationofTRIZInnovativeApproachtoSolvetheProblemofSolarStreetLightBatteryTheft

HAN Hongwei

(Qinghai New Energy (Group) Power Maintenance Co., Ltd., Xining 810000, China)

Solar street light battery in the suburban and rural roads stolen often occurred. By the ways of 5why, fish bone diagram, AFD failure nine windows, functions, resources were analyzed to determine the root cause and the ideal solution to the problem, after the issue of establishing the model diagram , the application of innovative methods of TRIZ principles of conflict resolution techniques and technical systems evolution law , found a low cost , easy to implement the ideal solution , which is the basis of the battery and solar street lights do together, playsthe role of preventing the battery theft.

battery theft, TRIZ theory, solar lights, battery

TM 914.4

：A

韓宏偉(1983-)，男，本科，助理研究員，二級創新工程師，主要從事創新方法和太陽能應用等方面的研究。

2014-03-04