道路照明中太陽能路燈的應(yīng)用

摘 要：文章主要分析了道路照明過程中如何更加科學(xué)的使用太陽能路燈，論述了太陽能路燈的應(yīng)用方法和設(shè)計過程中需要注意的要點(diǎn)，希望可以為今后的太陽能路燈應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：道路照明；太陽能路燈；應(yīng)用

太陽能路燈作為一種極為科學(xué)和環(huán)保的光源利用形式，一直以來備受關(guān)注，但是，目前雖然有很多技術(shù)可以證明太陽能路燈的可行性，不過，如何真正的將太陽能路燈應(yīng)用到道路照明之中，還是需要進(jìn)行深入分析和探討的。

1 太陽能路燈原理及技術(shù)

太陽能路燈的原理通俗的講就是，在白天，太陽能電池板經(jīng)大功率二極管把吸收的光轉(zhuǎn)化成電能，儲存于燈桿下面安裝的控制箱的蓄電池里，即充電過程，在夜間，具有光控作用的電池板，對控制系統(tǒng)發(fā)出開啟指令，蓄電池電能點(diǎn)亮燈具，給道路照明，即放電過程，并可任意調(diào)節(jié)所需的照明時間。

太陽能LED路燈的技術(shù)核心包括：太陽能組件的發(fā)電效率、蓄電池的使用壽命及容量、LED光源的散熱問題。

用在路燈上的太陽能組件效率一般是14%——16%，但是成熟商品化的組件的效率達(dá)到了17%，實(shí)驗(yàn)室中的最高效率好像是到了23%，甚至更高一點(diǎn)。但是價格較高，一般不會給你用到路燈上的，一般是太陽能光伏電站在使用。蓄電池的使用壽命沒有很大的進(jìn)展，但是質(zhì)量及穩(wěn)定性提高很多。LED光源的散熱基本上可以解決，因?yàn)槁窡艄庠瓷铣Ｓ玫囊簿褪菃晤w1W的珠子。現(xiàn)在用的都是鋁基線路板。LED光源和鋁基板之間涂有導(dǎo)熱硅脂，鋁基板背后還有鋁合金的散熱器，它們之間也涂有導(dǎo)熱硅脂，甚至有的廠家直接在散熱片上印刷電路，就更好的解決了散熱問題，但是相應(yīng)的成本也是很高的，包括前面那一種方式。

2 太陽能路燈在城市照明系統(tǒng)中應(yīng)用設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 設(shè)計所需數(shù)據(jù)

2.1.1 太陽輻射量。結(jié)合我國不同傾斜面上太陽輻射數(shù)據(jù)庫資料，來確定工程當(dāng)?shù)靥栯姵亟M件將傾斜角與方位角，并準(zhǔn)確計算當(dāng)?shù)靥柲軜?biāo)準(zhǔn)峰值日照時間。

2.1.2 光源功率。在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計時，路燈光源功率選擇大小在很大程度上影響了道路照明標(biāo)準(zhǔn)值，甚至是整個系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定性。

2.1.3 工作時間。路燈夜間所需工作時間，是太陽能路曾系統(tǒng)組件大小的核心參數(shù)，在確定其工作時間后，才可以對路燈每天的功耗進(jìn)行初步計算，同時完成對太陽電池組件充電電源的計算。

2.1.4 陰雨天數(shù)。一方面，是要結(jié)合工程當(dāng)?shù)貙?shí)際情況來確定太陽能路燈所需保持的連續(xù)陰雨天數(shù)，因?yàn)槠錄Q定了蓄電池容量大小以及陰雨天過后恢復(fù)電池容量所需要的太陽電池組件功率。另一方面，還需要確定兩個連續(xù)陰雨天之間間隔天數(shù)，因?yàn)槠錄Q定照明系統(tǒng)一個連續(xù)陰雨天后充滿蓄電池所需的電池組件功率。

2.2 太陽能路燈技術(shù)參數(shù)

2.2.1 電池組件。太陽能路燈電池組件的選擇，需要滿足國家相關(guān)規(guī)范要求，并且經(jīng)過充分試驗(yàn)論，本身質(zhì)量、性能以及壽命可以得到保證。同時，還應(yīng)選擇用轉(zhuǎn)換效率比較大的組件，接線端子要牢固，配置有旁路二極管，避免發(fā)生熱斑效應(yīng)造成電池被燒毀。

2.2.2 控制器。要求蓄電池反接保護(hù)、太陽能電池反接保護(hù)，即太陽能電池“+”“-”極性反接糾正后還可以正常使用。夜間防反充電保護(hù)，即白天太陽能電池組件給蓄電池充電，夜間蓄電池不可以對組件進(jìn)行充電。負(fù)載過流以及短路保護(hù)，負(fù)載過流超過額定電流或者負(fù)載短路后，將負(fù)載關(guān)掉并糾正后可以繼續(xù)正常使用。另外，還應(yīng)具有過充保護(hù)以及智能保護(hù)等功能。

2.2.3 蓄電池。應(yīng)選擇用太陽能專用優(yōu)質(zhì)電池，對其進(jìn)行地埋式防護(hù)處理，降低外界溫度對電池性能以及壽命造成的影響。選擇應(yīng)用的蓄電池需要進(jìn)行相應(yīng)的檢測，如利用微電腦蓄電池循環(huán)充放電測試儀，以及高低溫交變溫?zé)嵯鋵ζ溥M(jìn)行循環(huán)充放電檢測、容量檢測、自放電檢測、深度放電檢測、端電電壓檢測、短路安全檢測、荷電恢復(fù)能力檢測以及電池過充安全檢測等。另外，還需要通過浸水性試驗(yàn)與滲水性試驗(yàn)度蓄電池艙進(jìn)行檢測，確定其不會進(jìn)水。

3 太陽能路燈應(yīng)用的局限性

3.1 太陽能路燈不適于密集的城區(qū)

城區(qū)的照明燈功率太大，一般都是250w的鈉燈或者是400w的鈉燈，如果用最節(jié)能的led光源哪有需要用112w和180w的led燈去取代，才有相同的效果，目前太陽能路燈大多做到80W左右，100W以上的太陽能路燈需獨(dú)立太陽能電站供電，費(fèi)用昂貴。所有我們常見的太陽能路燈大多在公園小區(qū)新農(nóng)村建設(shè)中，因?yàn)楣β瘦^小，亮度適合，費(fèi)用低等特點(diǎn)越來越受到人們的歡迎。

3.2 太陽能路燈不適于北方天氣

因?yàn)楸狈蕉毂┨鞖廨^多，并且積雪較厚，會覆蓋太陽能板，不易融化，且太陽能板的傾角不足以使積雪滑落，影響光電轉(zhuǎn)換，若積雪較厚，易造成太陽能板的損壞，因此，目前太陽能路燈還不適合東北的氣候。

筆者認(rèn)為有三種方式可解決北方氣候?qū)μ柲軕?yīng)用的局限性。第一種方式，可采用市電與太陽能互補(bǔ)的方法，在冰雪天氣，采用市電供電，在晴好天氣，采用太陽能供電，需正常敷設(shè)電纜及安裝電氣配電裝置，無法體現(xiàn)出太陽能的優(yōu)勢，但此種方式造價較高，初期投資比正常路燈與太陽能路燈均高。第二種方式，可采用風(fēng)能與太陽能互補(bǔ)的方法，簡稱風(fēng)光互補(bǔ)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是一種風(fēng)能和光能轉(zhuǎn)化為電能，具有并相互補(bǔ)充因自然狀況變化而影響發(fā)電的功能，工作原理是利用風(fēng)作為動力，帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蛐铍姵亟M充電并儲存電能。利用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電，供負(fù)載使用或者貯存于蓄電池內(nèi)備用。第三種方式，理論上可采用加裝融雪板裝置進(jìn)行融雪，解決此問題，即在太陽能板表面覆蓋透明的電熱薄膜，當(dāng)太陽板出現(xiàn)積雪情況時，啟動電熱薄膜，對積雪加熱，使積雪融化并沿太陽能板自然傾角流走，從而達(dá)到目的。透明電熱薄膜不會影響對陽光的吸收，融雪效果很好。

3.3 太陽能路燈的壽命有限

太陽能板受日照條件的影響，晝夜的更迭和氣候的變化，太陽電池表面灰塵都影響它的工作效率。其自身的組件組合損失、控制器，逆變器損失、蓄電池效率損失、線路損失、季節(jié)性負(fù)載損失也是影響它的工作效率的最大因素，據(jù)樂觀估計，其利用效率僅為30%。

它的壽命雖然從原理上講是很長的，然而實(shí)際卻有限，太陽電池的組件由于受到雨水、熱和紫外線的輻射而惡化。此外臟物、灰塵等都影響著它的使用壽命。太陽能路燈如不定期清潔，由于熱斑效應(yīng)造成太陽能電池板損壞。

4 結(jié)語

毫無疑問，太陽能路燈技術(shù)的快速發(fā)展給道路照明帶來了新的可能，但是，在應(yīng)用太陽能路燈的過程之中，應(yīng)該真正清楚如何進(jìn)行科學(xué)的使用，應(yīng)用的過程中要明確設(shè)計原則，確定設(shè)計要點(diǎn)，從多個方面進(jìn)行分析，才能夠提高使用的效果。

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作者簡介：劉娜（1982.01- ），女，天津人，中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，市政電氣工程師。endprint