薄膜太陽能電池在燈樁上的應用探討

◎ 鄭志平 陳得新 南海航海保障中心湛江航標處

二十一世紀，環保是國際社會的主要議題，我國也提出了生態環境可持續發展的戰略目標，太陽能電池的應用是我國在環保領域的重大突破。近年來，隨著我國城市化速度的提高，將薄膜太陽能電池應用在建筑工程的燈樁上，亦是我國科研人員與建筑企業共同關注的問題。它不僅能夠為實現我國生態環境可持續發展的戰略目標提供助益，它還能夠降低建筑企業施工成本，促進企業發展。因此，對薄膜太陽能電池在燈樁上的應用進行探討具有現實意義。

1.燈樁的供電特點

對燈樁供電，一般要考慮燈樁的助航燈器用電和照明燈器用電以及燈樁建設期間的施工用電等。本文討論的主要是燈樁建成后的助航燈器和照明燈器等供電。因為燈樁建設期間的施工用電是短暫的，一般都需要交流電，在沒有交流電的地方，可以自備發電機組解決施工供電問題，所以在此對施工供電不展開討論。

1.1 燈樁的助航燈器供電

目前，對燈樁的助航燈器供電，主要有二種方法：一種是晶硅太陽能電池供電；另一種是交流電供電。關于晶硅太陽能供電。可分三步考慮，第一步考慮助航燈器每天耗電量；第二步考慮太陽能電池的計算功率；第三步，根據太陽能電池的計算功率，結合轄區的經驗和市場上成品太陽能電池的規格來配置太陽能電池。過去，4海里射程的鎢絲燈泡約25瓦，現在4海里的LED燈珠約7瓦。基于7瓦的LED燈珠進行計算，平均1瓦用電設備，配置5瓦太陽能電池和12伏25安時的蓄電池即可滿足要求。另一種是安裝交流電，將交流電通到的燈樁，可以較好解決燈樁供電。

1.2 燈樁的照明燈器供電

燈樁的照明，在安裝有交流電的燈樁，如果每層（3米高算一層）按面積5平方米、照度200勒克斯算，大約需要安裝1盞30瓦左右的燈泡就滿足要求，這對于交流電供電的燈樁是完全沒有問題的。但在沒有交流電而采用太陽能供電的燈樁，如果每層（3米高算一層）面積同樣按5平方米、照度降低到100勒克斯算，大約需要安裝1盞15瓦左右的燈泡才滿足要求。比如一座12米高的燈樁，需要60瓦的燈泡，這樣照明燈泡的用電約等于助航燈器的用電（按7瓦算）的9倍。這樣不但需要增加9倍的蓄電池的用量，而且需要增加9倍的太陽能硅板的用量（計360瓦），這就必須加大燈樁頂部平臺板面積。

2.現有供電方法的應用效果及存在的問題

2.1 晶硅太陽能供電的應用效果及存在的問題

晶硅太陽能電池在燈樁上的應用已經有30年左右了。早期的晶硅太陽能電池價格比較貴，在100元瓦左右，現在價格越來越便宜，約40元瓦。現用的晶硅太陽能板需要安裝在太陽光不受遮擋的燈樁頂部，還要講究太陽光照射的角度。在有太陽光的天氣并且太陽光照射效果好的時候，發電效果很理想。但在陰雨天，發電效果就很差，但多用一些晶硅太陽能板和蓄電池也能應付過去。

為了安裝晶硅太陽能板，通常要在燈樁的頂部設計一個平臺，用以安裝固定晶硅太陽能板的支架。晶硅太陽能板支架的安裝占一定的空間，這對燈樁的造型美感有較大的影響，對助航燈器的安裝和上人孔的位置也是不利的。并且，在日常的航標維護中，還要花上大量的時間來維護保養這些晶硅太陽能板支架。

總的來說，燈樁頂部安裝較多的太陽能硅板，無論是從燈樁的造型美感來看，或者是對工作來說，都是不利的。

2.2 交流電供電的效果及存在的問題

燈樁如果能安裝交流電，并配置足量的蓄電池，燈樁的所有用電設備的用電都好解決。但是，燈樁一般建設在偏僻的航道岸邊或礁石上，往往很難安裝到交流電。就算附近有交流電，但由于現在的燈樁都是無人值守的，這對于交流電線路的保護是非常困難的，投入很大，很不劃算。

3.薄膜太陽能電池的發展優勢

薄膜太陽能電池是一種新型的非晶硅太陽能電池，是一種緩解能源危機的新型光伏原件。薄膜太陽能電池的發展優勢比較多，在這里主要考慮在燈樁應用上的幾方面的優勢。

3.1 制造優勢

薄膜太陽能電池的制造技術已很成熟。發電薄膜在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺射法和熱絲法等，已能實現大面積和大批量連續生產。可以利用價格低廉的柔性塑料片（板）、玻璃板、陶瓷、石墨、金屬片（含不銹鋼板）等不同材料當基板來制造成品薄膜太陽能電池。塑料片、玻璃板、陶瓷、石墨、金屬片等基板材料比較容易找到。目前，薄膜太陽能電池的光電轉換效率在實驗室里最高已達20%以上，在規模化量產方面穩定效率達13%以上，已滿足商品化需求。

3.2 弱光發電優勢

現用的晶硅圓太陽能電池需要在有太陽光的天氣，并且光照效果好的時候發電才理想。而薄膜太陽能電池，不僅是在有太陽光照射的時候能發電，就是在弱光的情況下也能發電，能夠很好地解決燈樁陰雨天供電問題。

3.3 安裝優勢

薄膜太陽能電池除了制作成平面外，還具有可撓性，電池膜本身的厚度很薄，不足1微米，制作成成品電池板的厚度也不到20毫米，所以很方便安裝在建筑物（或構筑物）的墻上，不管是平的墻面或者是弧形墻面（直徑不小于600毫米）都可以安裝。比如現有的成品長1710毫米，寬999毫米，功率230瓦，不但可以安裝在平面上，也可以安裝在弧形面上，可以與建構筑物相結合，或者是成為建構筑物的一部分。因此，從安裝來看，薄膜太陽能電池應用在燈樁上也是很有利的。

3.4 價格優勢

薄膜太陽能電池的發電薄膜不到1微米的厚度就能實現光電轉換，產生電壓。在同一受光面積同等的發電量之下，其厚度可低于晶硅圓太陽能電池的90%以上，較現用的晶硅圓太陽能電池大幅減少硅原料的用量，節約硅材料；另外，制造薄膜太陽能電池所需的基板材料如塑料片（板）、玻璃板、陶瓷、石墨、金屬片等屬于普通的材料，不缺貨源，容易采購。因而，薄膜太陽能電池價格比較便宜。

4.薄膜太陽能電池在燈樁上的應用

4.1 薄膜太陽能電池的選擇

燈樁用薄膜太陽能電池的選擇，主要考慮以下幾點：

一是薄膜太陽能電池的顏色選擇。在顏色選擇上，應當以黑色為主，因其在發電方面效果最好。

二是薄膜太陽能電池的基板材料的選擇。具體而言，如果燈樁樁身橫截面是平面的，那么對于薄膜太陽能板的選擇比較寬廣，無論是平面式的或者是可撓的薄膜太陽能板都可選用；如果燈樁樁身橫截面是弧形的，就只能選擇具有可撓性的基板的太陽能板。

三是薄膜太陽能電池的功率選擇。薄膜太陽能電池的功率選擇，第一步考慮助航燈器的功率；第二步考慮照明燈器的功率（如果有）；第三步根據用電總功率和薄膜太陽能板的安裝方法（水平面安裝還是垂直面安裝）確定所需的薄膜太陽能板的功率。

4.2 薄膜太陽能安裝設計

薄膜太陽能電池安裝的關鍵是需要考慮燈樁建筑設計，即薄膜電池板作為燈樁樁身的一個整體進行設計，使燈樁造型達到整齊劃一。樁身墻面要預留穿線孔，燈樁室內要設置蓄電池室存放蓄電池。對確定蓄電池的用量的方法，薄膜太陽能電池與現用的晶硅太陽能電池是相同的。樁身外面的太陽能電池板所生產的電通過導線傳輸到室內的蓄電池，然后再由蓄電池供給用電設備。另外，樁身墻面的預留穿線孔要做好防水處理。

5.結束語

現有的供電方法還存在諸多局限。薄膜太陽能電池具有占用空間小、外形美觀、陰雨天可長期供電以及價格較低等優勢，因此應當注重應用該電池。另外，現階段太陽能電池涂料新產品亦在研究中，一旦該涂料實現商品化，那么將其與燈樁墻面相結合，在將來也是燈樁供電好選擇。