太阳能路灯在城市照明中的应用模式分析

刘 颖，李琳琳，唐吉川

(岳池县住房和城乡规划建设局，四川岳池 638373)

引言

随着分布式能源的发展和节能减排的需求，太阳能路灯作为一种节能有效的新型照明工具，开始在城市照明系统中大量应用。太阳能路灯作为照明工具接入城市照明供电系统，现阶段的应用模式是各组路灯独立运行，这在太阳能的高效利用以及保障城市照明方面存在缺陷。

本文在分析城市照明中太阳能路灯应用模式的基础上，选择基于区间的电网可靠性计算模型，分析了太阳能路灯接入对城市照明供电系统可靠性的影响，对太阳能路灯的应用新模式进行了论证。

1 太阳能路灯在城市照明中的应用模式分析

1.1 城市照明现状

随着社会的发展和人类的进步，对于能源的需求日益增加，面对有限的能源储备，节能已经成为人类的一大课题。随着城市规模的不断扩大，用于城市照明的电能消耗不断增加，据统计，目前我国城市照明的年用电量约占全国总发电量的4%～5%［1－3］。因此，针对城市照明的节能有必要，也势在必行。

太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池储藏电能，超高亮LED灯具作为光源，并由智能化充放电控制器控制，可有效实现城市照明节能的路灯。基于太阳能路灯节能有效、能源清洁的特点，使用太阳能路灯已经成为未来城市照明的趋势，已有部分光照充足的城市实现了利用太阳能路灯代替常规路灯实现道路照明。

1.2 太阳能路灯应用模式分析

已存在的太阳能路灯应用模式是每一组路灯独立运行，不与公用交流供电系统并网。在光照不充足的城市，转换的电能不能维持路灯照明功能，因此该模式不能完全实现太阳能路灯的照明功能，不能有效的利用太阳能;而在光照充足的城市，转换的电能充足，独立运行的模式使得多余的电能不能输送出去进行有效利用，不利于能源的有效分配与利用。因此最优的运行模式是实现太阳能路灯与交流供电网络的并网，这可弥补光照不充足城市光能不足以完成照明的缺点，利用光能与交流供电网络同时供能，实现节能与可靠照明的需求，对于光照充足城市可将多余转换电能传输至其他用户侧，实现能源利用的最大化。

假设太阳能路灯的电池板可靠供电的概率为0.95，交流供电网络可靠供电的概率为0.99，则在二者同时供电的情况下城市照明的可靠度见表1所示。

表1 各供电模式下的城市照明可靠度Table 1 City lighting reliability under various power mode

由表1可以看出，二者并网运行条件下，可有效提高城市照明的可靠度。在经济技术条件以及自然环境的约束下，要实现城市全太阳能路灯照明，不接入交流供电网络，现阶段还不能实现，而在太阳能路灯与交流电网并网运行的应用模式下，由于分布式电源的接入，在节能的同时，亦可提高城市照明以及供电系统的可靠性。因此两者并网运行是现有条件下解决节能与城市可靠照明的最佳模式，同时这也是智能电网的发展要求。

2 对可靠性影响分析

当城市照明系统中部分或全部接入太阳能路灯时，由于太阳能路灯具有分布式电源的特性，因此，对于太阳能路灯接入城市照明供电系统对系统可靠性的影响与分布式电源并网对配电网络可靠性的影响相似。

对于光照不充足的城市，太阳能路灯与交流供电系统并网，在照明过程中是作为负荷，电网向路灯输送电能，在这种情况下，提高了城市照明可靠性，而对于照明供电系统可靠性影响不大;对于光照充足的城市，太阳能路灯可作为分布式电源，向供电系统输送电能，太阳能路灯的接入会改变照明供电系统的结构，影响整个供电网络的可靠性，本文选择该情况作为研究对象。

系统正常工作时，若太阳能路灯与照明供电网配合良好，可缓解电网的过负荷和网络堵塞，增加其输电裕度，缓解电压骤降，增加对电网的电压调节能力，减少损耗，同时太阳能路灯作为后备电源，在系统停电时仍可为电网提供电源以减少其停电时间［4－8］。

由于城市照明供电系统相对简单，选择一小型县城，其照明配电系统的示意图见图1。

图1 照明配电系统示意图Fig.1 Lighting power supply system

该系统一共9条线路、7个负荷点、7个熔断器、6个隔离开关、7个用户变压器、1个断路器，其中负荷6、7处装有太阳能路灯，可等效为在馈线6、8处有分布式电源。选择基于区间的电网可靠性评估算法，其中主要的可靠性指标如下［9］:

系统平均断电率 (单位:次/户·a):

系统平均断电持续时间 (单位:h/户·a):

用户平均断电持续时间 (单位:h/次):

平均供电可用率:

平均停电不可用率:

计算过程中假设断路器和熔断器的故障率为0，因其故障率非常小，对可靠性的计算结果影响不大，可以忽略;隔离开关操作时间为0.5h，其区间值为［0.4，0.6］;用户变压器故障率为0.015次/台·a，平均修复时间为25h，其区间值按误差20%计算;太阳能路灯电池板故障率为5次/a，平均修复时间为50h，其区间值按误差10%计算。计算结果见表2、表3。

表2 无太阳能路灯接入的电网可靠性指标Table 2 Reliability of power supply network without solar lights

表3 太阳能路灯接入的电网可靠性指标Table 3 Reliability of power supply network with solar lights

由表2、表3可以看出，当有太阳能路灯接入城市照明供电系统后，供电系统的可靠性明显有所提高，有效保障了城市照明供电系统的供能，提高了城市照明的可靠度。

3 结论

太阳能路灯能实现城市照明的有效节能，分析发现，当太阳能路灯与交流供电系统并网运行时，可提高节能效率、保障城市照明的可靠度、提升城市照明供电系统的可靠性，是实现节能与践行智能电网发展规划的有效手段。

［1］孙士祥.太阳能路灯与LED路灯的应用比较［J］.信息化研究，2012，38(6):6-8.

［2］吴春海，吴贵才.太阳能在城市照明的应用前景［J］.照明工程学报，2005，16(2):31-34.

［3］詹庆旋.我国城市照明现状与发展［J］.城市管理技术，2008:56-57.

［4］韦钢，吴伟力，胡丹云，等.分布式电源及其并网时对电网的影响［J］.高电压技术，2007，33(1):36-40.

［5］Ackermann T，Knyzkin V.Interaction between distributed generation and the distribution:operation aspects［C］.Yokohama:IEEE/PES，Transmission and Distribution Conference and Exhibition，2002:1357-1362.

［6］郭连兴.企业自备电厂并网运行对电网的影响［J］.供用电，2005，22(4):11-13.

［7］Richard E Brown，Lavelle A A Freeman.Analyzing the reliability impact of distributed generation［C］.Vancouver:IEEE PowerEngineeringSocietySummer Meeting，2001，2:1013-1018.

［8］钟庆.分散式发电系统对配电网可靠性的影响［J］.国际电力，2004，8(2):39-41.

［9］钱科军，袁越，ZHOU Chengke.分布式发电对配电网可靠性的影响研究［J］.电网技术，2008，32(11):74-78.