探讨太阳能LED照明如何与城市建设和谐发展

王 皓

(南昌市路灯管理处，南昌 330000)

1 太阳能光伏照明技术与LED照明应用的现状

1.1 太阳能光伏照明技术、LED照明及我国应用的相关情况

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能作为一种全新的能源利用方式，虽然目前在整个能源供应体系当中所占的比例称得上微乎其微，但在低碳经济模式快速构建的过程中，其重要性不言而喻。

在我国，由于大力推广LED及太阳能光伏照明技术，各级政府均对该产业加大了扶持力度，科技部推广应用的“十城万盏”就是典型的例子。2009年中国的LED路灯装置数量约25万盏，2010年达到了40万盏以上的规模。而2010年举行的上海世博会就采用了大量的LED景观照明技术，更是得到了各界广泛认知。

1.2 太阳能LED照明市场的规模增长快

据统计，2009年全球LED照明市场约200亿元人民币，仅过了一年，2010年整个市场达到了将近300亿人民币的规模，发展速度接近50%，经权威研究机构预测分析，到2013年，LED照明市场总规模将增加到近千亿元人民币。如此发展迅速、规模急剧扩大的LED照明市场一旦与太阳能光伏技术结合，产生的节能效益不可估量。

2 合理设计太阳能LED照明系统让城市景观照明建设与环境和谐发展

2.1 如何利用现有的太阳能光伏技术和LED照明服务于城市发展

南昌市内水网密布，赣江、抚河、玉带河纵横境内，湖泊众多。而作为“花园动感英雄都市”，景观照明一直是城市建设的重点，近年来南昌市加大了景观照明设施的建设，景观照明规模快速扩大，耗能也急剧增加，采用太阳能LED照明技术，将大大缓解美化城市与能源的矛盾，这是看得见的节能效益;采用传统电源的LED景观照明成本高，太阳能LED照明技术的成本更高，但景观照明消耗电费将在初装后不产生费用，且敷设、架设相关管线的人工、材料的费用已超过了太阳能LED照明技术的成本，这是摸得着的成本效益;同时作为建设花园城市，采用传统光源建设景观照明必不可少的要实施开挖地面、敷设管线，必然会破坏周边生态环境。应用太阳能LED照明技术，不用敷设大量管线，只需开挖体积较小的蓄电巢即可，不会对环境产生较大影响，这是感觉得到的环境效益。

2.2 应针对不同地区灵活应用现有的太阳能LED照明技术方案

现有的太阳能LED道路照明系统方案一般有两种:

方案 电流计算 实际蓄电池需求 实际电池板需求 综合效益一、常规方案:灯具选择:单路24V LED灯 (40W);城市日均日照时间:假设4H;日放电时间10H(以晚19时至次日晨5时为例);满足连续阴雨天5天 (另加阴雨前一夜用电，共计6天)。I=40W/24V=1.67A①理想蓄电池需求 (理想状态) =1.67A×10H× (5+1)天=100AH②由于蓄电池充、放电预留20%容量，照明设施的实际电流≥2A(加上20%损耗，其中包括恒流源、线损等);按需要12V蓄电池两组计算:实际蓄电池需求=100AH/80%×120%×2组=300AH①理想电池板需求WP/17.4V= (1.67A×10H×120%)/4H;WP=87W;②考虑实际恒流源损耗及线损等综合损耗约20%，按需要两组电池板的实际需求=87W×120%×2组=104W道路照明无影响，建设费用较低，但耗能较高，对地处雨季较多的地区并不适合。二、调节功率及恒电流方案:灯具选择:单路24V LED灯 (40W);城市日均日照时间:假设4H;日放电时间10H(以晚19时至次日晨5时为例);通过控制器夜间分段调节LED灯的功率，以降低总功耗 (晚19时至23时100%功率，23时至凌晨5时50%功率，合计7H)I=40W/24V=1.67A①理想蓄电池需求 (理想状态) =1.67A×7H× (5+1)天=70AH②由于蓄电池充、放电预留20%容量，照明设施的实际电流≥1.75A(加上5%线损等);按需要12V蓄电池两组计算:实际蓄电池需求=70AH/80%×105%×2组=184AH①理想电池板需求WP/17.4V=(1.67A×7H×120%)/4H;WP=61W;②考虑实际恒流源损耗及线损等综合损耗约20%，按需要两组电池板的实际需求=61W×105%×2组=128W道路照明有部分时段受影响，建设费用较高，但由于灵活调节时间，可延长照明时间，耗能较低

从上表可以看出:方案二中，虽然价格上因附加了控制电路及恒电流等设备，导致价格较高，且有部分时间段照明效果降低，但由于大大降低了耗能，相对于方案一其综合效益对于江南地区城市还是比较实用的。

实际效果以南昌市为例:南昌市地处亚热带季风湿润气候，雨季较为集中在4～7月份，占全年一半以上，十多天连续雨天并不罕见，如道路照明采用太阳能LED路灯照明技术，普遍的密封铅酸蓄电池、胶体蓄电池在方案一中理想情况下可支持LED路灯工作6～8个小时，只能支持连续5～6个阴雨天，而方案二通过调节时间，在相同的蓄电池容量条件下，照明时间更长。由于道路照明关系到人民群众的夜间出行安全，如发生长时间阴雨天气，将导致采用该项照明技术的道路路段安全隐患大幅度增加，如能在耗能相同的情况下，延长在该类气候地区的道路照明时间，方案二仍是不错的选择;而采用方案一的城市应地处全年阳光照射期、雨期分布较均匀的地区为佳。

2.3 太阳能LED景观照明与智能无线控制系统技术结合

太阳能LED景观照明控制与传统光源无线控制技术有一定地区别。传统光源一般在一定路段内设置控制箱，沿相关管线铺设控制线路;而作为太阳能独立供电方式的景观照明设施可以建造在太阳光照射到的大部分区域，建设太阳能景观照明设施本身就为了不破坏周边环境，如因控制的原因开挖控制线路将得不偿失，一般太阳能景观照明设施本身装有短距离的小型无线控制装置，以控制该区域的设施的无线控制箱为中心分布建设。控制指令由城市照明控制中心发送到所在控制箱，然后通过控制箱发送到所辖范围内的照明设施。

3 现阶段太阳能LED照明存在的主要应用困难及解决思路

3.1 太阳能LED照明技术利用会受到客观因素的限制以及晴，阴，云，雨等随机因素

(1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

(2)不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

(3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

3.2 太阳能LED照明的大规模推广的困难

首先推广的资金来源，现有的太阳能LED照明工程建设资金来源主要是各级政府进行定向投入，同时政府进行补贴。如果采用市场化运作，进行公开招标建设，首先无国家强制性的统一标准，现有的标准基本上是各个企业标准;其次对制造企业要求较高，不仅需要大量的资金支持，而且还需要可靠的科研力量，具备成熟的太阳能光伏技术和LED照明技术的整合能力;最重要的是，原有传统方式电路并不适合该项新技术，要具备创新的、专门针对太阳能LED照明的电路控制系统技术，这都需要时间去完善。

3.3 太阳能LED路灯推广困难的一些解决思路

(1)在景区和小街巷等区域，可设计建设规模性的走廊、休息小亭等，外形功能均与环境协调的小型离线太阳能蓄电站，对周边公共照明设施进行供电。该方案只需对少部分区域进行施工，适用于要求对周边环境破坏较少或传统施工环境复杂小街巷的情况。

(2)对于城市主要道路照明应用，为增强安全、可靠性，应采用智能并网太阳能蓄电站，当太阳能蓄电存储量低于警戒线，传统供电电源可进行主动供电。由于该方案仍需开挖沿路路面，仅适合于急缺用电且大规模路灯应用的城市主干道。

(3)现今LED应用市场迅速扩大，但是由于相关行业标准的缺失，使得LED行业发展遇到种种阻碍。一方面由于缺乏标准，企业在开发产品时缺少方向指引;另一方面又由于没有具体的准则，各种产品良莠不齐，带来了顾虑和隐患。

有鉴于此，2010年广东省率先颁布实施了《广东省LED路灯地方标准》，北京、陕西、江西等一些省市也陆续颁布了自身地方标准，这些地方标准也客观的在推动着未来国家标准的出台。统一LED路灯标准，使整个LED路灯行业产品质量稳定性得到保证，通过大力宣传LED城市公共设施照明的品质观念，从而使人们从思想上较易接受太阳能与LED路灯结合的城市道路照明节能技术。在具体使用方面，由于太阳能LED路灯城市道路照明节能技术是新兴技术，如由政府单一部门负责管理协调，对太阳能LED路灯应用发展将会更加顺利。

［1］郭廷玮，刘鉴民.太阳能的利用［M］.北京:科技文献出版社.1987:22～30.

［2］田力文主编.太阳能光伏照明手册 ［M］.化学工业出版社.2010.11.