淺析無(wú)污染節(jié)能路燈的研究與設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉彪

摘要：在現(xiàn)代化都市中，路燈在電能耗損中占有很大的比例，考慮到節(jié)能路燈的研究與設(shè)計(jì)，我們踴躍開(kāi)展智能節(jié)能路燈設(shè)計(jì)的討論，以降低路燈能源的消費(fèi)水平，進(jìn)一步體現(xiàn)不同地區(qū)智能節(jié)能路燈設(shè)計(jì)的有效性和效率。例如，城市還是農(nóng)村，節(jié)能燈和照明強(qiáng)度的要求不同，無(wú)污染，本文主要通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能路燈和光伏電池的工作原理的研究，以及太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)，主要從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇相應(yīng)的太陽(yáng)能光伏電池容量為地區(qū)需求與太陽(yáng)能光伏電池配置。

關(guān)鍵詞：智能；太陽(yáng)能路燈；環(huán)保；光伏電池

1.國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

在1839年，光伏效應(yīng)這個(gè)概念由法國(guó)—位學(xué)者貝克勒爾提出。在國(guó)際市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策的拉動(dòng)下，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)逐漸鼓起，一大批較有潛力的光伏企業(yè)出現(xiàn)在市場(chǎng)之中，帶動(dòng)了長(zhǎng)江上下游企業(yè)的發(fā)展。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈主要由五個(gè)主要部分組成：磨料（硅料）、單硅片、蓄電池、組件、電站系統(tǒng)集成等，發(fā)達(dá)和發(fā)展中國(guó)家之間的政策又出現(xiàn)了新的熱潮，全球光伏市場(chǎng)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。

1.1世界光伏產(chǎn)業(yè)的新進(jìn)展及應(yīng)用特點(diǎn)

1997年，美國(guó)有望在2010完成一百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能光伏屋頂工程。“新陽(yáng)光計(jì)劃”由日本也提出了（1997年），在2010年生產(chǎn)43億瓦特的光伏電池。近年來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家還組織了光伏發(fā)電研發(fā)的路線圖。

1.2太陽(yáng)能路燈的優(yōu)勢(shì)

資源正威脅著人類的生存與發(fā)展。取之不盡，用之不竭的太陽(yáng)能成為能源發(fā)展的重點(diǎn)。太陽(yáng)能路燈在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在沒(méi)有電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)，主要優(yōu)點(diǎn)如下：節(jié)能，太陽(yáng)能路燈不消耗常用的能源，取之不盡，良好的環(huán)境效益；環(huán)保；使用安全可靠；良好的經(jīng)濟(jì)效益，不再消耗電費(fèi)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，太陽(yáng)能路燈有著很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.太陽(yáng)能路燈的工作原理及組成

隨著日益緊張的環(huán)境和更加嚴(yán)峻的全球能源，使得太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)在城市及農(nóng)村都得到了大力的發(fā)展，早在70年代，我國(guó)已經(jīng)在航海領(lǐng)域上使用過(guò)了太陽(yáng)能電池，為了解決我國(guó)部分地區(qū)因電力缺乏而出現(xiàn)的照明的問(wèn)題時(shí)，如新疆、西藏、青海和內(nèi)蒙等地域，而這些地方有著非常豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能路燈得到了迅速的發(fā)展，給偏遠(yuǎn)地區(qū)的人民帶來(lái)了極大的便利。

2.1太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)的工作原理

如圖2-1所示，在有太陽(yáng)光的情況下，太陽(yáng)能系統(tǒng)將白天照射在其上的光能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在蓄電池中，在晚上，蓄電池將儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái)供路燈照明，蓄電池可接兩種負(fù)載，即：交流負(fù)載和直流負(fù)載，其中逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。

2.2太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的組成

在一般的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中無(wú)交流負(fù)載部分，所以在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中基本不需要逆變器，一個(gè)完整的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：太陽(yáng)能電池板；太陽(yáng)能控制器；燈桿及燈具外殼等；蓄電池組；光源。

2.2.1太陽(yáng)能電池組件

單體太陽(yáng)電池不能直接接負(fù)載，即不能直接做電源使用。光伏系統(tǒng)具有可靠性高，光電轉(zhuǎn)換率高等特點(diǎn)，其種類可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅三種。

2.2.2蓄電池

在白晝，將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而儲(chǔ)存起來(lái)，在夜間系統(tǒng)工作時(shí)，蓄電池將儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái)來(lái)供負(fù)載使用。

3.太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

3.1.1容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)

計(jì)算在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，其整年吸收的光能來(lái)使太陽(yáng)能電池板可靠地工作的組件和電池容量。而且，要注意各個(gè)組件間價(jià)格成本和時(shí)間成本之間的關(guān)系，盡量以最低成本的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)來(lái)盡可能滿足最高的可靠性，但得保證所有方陣的支架的強(qiáng)度必須足夠。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不但要考慮容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的兩個(gè)方面的要求，而且要求該系統(tǒng)具有先進(jìn)性、完整性、可擴(kuò)展性、智能化的設(shè)計(jì)，這樣才能使整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，已獲得最大效益。

3.1.2太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮三個(gè)主要方面的要求，第一：要由全年吸收的光能量來(lái)確定承擔(dān)的電力負(fù)荷，從而確定太陽(yáng)能電池組件的電源；第二：計(jì)算并查表來(lái)確定太陽(yáng)能電池、電器、光源及設(shè)備選型的類型；第三：對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：

（1）太陽(yáng)能的光照強(qiáng)度由氣候、天氣、地形、溫度等不同，其能量有很大的變化，甚至也受當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度、緯度和太陽(yáng)輻射變化的影響。

（2）由于使用的場(chǎng)合、功能、能量消耗不同，其輸出功率也會(huì)隨之改變且會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。

（3）針對(duì)一些關(guān)鍵且難以計(jì)算出來(lái)的參數(shù)，可以通過(guò)確定工作時(shí)間來(lái)估算耗電量和相應(yīng)的載荷容量。

這些注意事項(xiàng)是非常復(fù)雜的，其中有些不能確定而又較為重要的參數(shù)，只能用于估計(jì)系數(shù)的數(shù)目。這些因素的復(fù)雜性及其之間量的關(guān)系確定是互相關(guān)聯(lián)的，相互制約的，也就是用的方法是不一樣的。

3.2太陽(yáng)能路燈安裝

定位和起重為本工程的主要組成部分的安裝，大部分的設(shè)計(jì)是計(jì)算和預(yù)測(cè)。這一領(lǐng)域可能會(huì)出現(xiàn)一些極不匹配的現(xiàn)場(chǎng)變化需求，還要了解施工現(xiàn)場(chǎng)是否適合運(yùn)輸，吊裝車輛進(jìn)場(chǎng)時(shí)，它只有通過(guò)實(shí)地調(diào)查確定。

4.太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)綜合效益評(píng)價(jià)

4.1 節(jié)能效益

與普通路燈相比，太陽(yáng)能路燈更加節(jié)能環(huán)保，節(jié)能范圍也比較廣。當(dāng)然，具體值得取決于當(dāng)?shù)氐奶?yáng)光照時(shí)長(zhǎng)。最近幾年，太陽(yáng)能等相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展迅速，越來(lái)越受歡迎，更為關(guān)鍵的是符合社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，并且增長(zhǎng)速率每年都在增加，普通的公路路燈就是個(gè)很好的例子，這歡不包括在越來(lái)越多的花園燈、農(nóng)田里的吸蟲(chóng)燈、以及各種機(jī)構(gòu)草坪燈具等等。由此可見(jiàn)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的節(jié)能效果有多么的明顯。

4.2 社會(huì)效益

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)科技發(fā)展的奠基石，沒(méi)有能源，那么人類的發(fā)展將停滯不前。但目前隨著社會(huì)的進(jìn)步，能源遭到不斷開(kāi)發(fā)，逐漸面臨匱乏期，所以，在社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，重中之重是對(duì)不可再生能源的保護(hù)。進(jìn)而清潔無(wú)污染的可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用顯得尤為重要，也提上了日程。從以上結(jié)果可以看出，研究和推廣太陽(yáng)能路燈的意義深遠(yuǎn)，具有良好的社會(huì)效益。

4.3 環(huán)境效益

無(wú)污染節(jié)能路燈的主要能量來(lái)自于太陽(yáng)，且取之不盡，用之不竭。清潔無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，使得太陽(yáng)能路燈及其他光伏產(chǎn)品相對(duì)于一般能源產(chǎn)品具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。一個(gè)產(chǎn)品具有良好的市場(chǎng)效應(yīng)對(duì)于社會(huì)的發(fā)展起到積極的作用，但它的產(chǎn)品在市場(chǎng)中存在的時(shí)間如何，與它是否符合社會(huì)向前發(fā)展趨勢(shì)，是否具有環(huán)境友好的性能指標(biāo)有密切的關(guān)系。太陽(yáng)能技術(shù)和產(chǎn)品的涌現(xiàn)，順應(yīng)了社會(huì)發(fā)展的需要，符合環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，其所帶來(lái)的環(huán)境效益是同類型的其他普通產(chǎn)品無(wú)法媲美的。太陽(yáng)能系統(tǒng)技術(shù)的改善、成本的降低、性能的優(yōu)化使其終將迎來(lái)高速發(fā)展期，而高速發(fā)展又使得同行競(jìng)爭(zhēng)等終將迎來(lái)一系列新產(chǎn)品更替，如此良性循環(huán)，相信太陽(yáng)能產(chǎn)品的生命力旺盛而持久。

參考文獻(xiàn)：

[1]伊世明，徐貴生，高瑞林.一種智能型太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì).太陽(yáng)能，2013，（2）：27～29

[2]桑久強(qiáng).太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)評(píng)估.石油石化節(jié)能，2015，19（1）：30～35

[3]余曉東.關(guān)于新型太陽(yáng)能路燈電源控制器的設(shè)計(jì)方案.中國(guó)建設(shè)動(dòng)態(tài)：陽(yáng)光能源，2015，（08M）：40～41

[4]孫世維，康宏偉.太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與運(yùn)行.新能源，2015，19（2）：15～17

[5]趙爭(zhēng)鳴，劉建政.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用.北京科學(xué)出版社，2014：95～99，257