淺析無污染節能路燈的研究與設計應用

劉彪

摘要：在現代化都市中，路燈在電能耗損中占有很大的比例，考慮到節能路燈的研究與設計，我們踴躍開展智能節能路燈設計的討論，以降低路燈能源的消費水平，進一步體現不同地區智能節能路燈設計的有效性和效率。例如，城市還是農村，節能燈和照明強度的要求不同，無污染，本文主要通過對太陽能路燈和光伏電池的工作原理的研究，以及太陽能電池的太陽能路燈系統的優化設計的基本特點，主要從實用性和經濟性的考慮選擇相應的太陽能光伏電池容量為地區需求與太陽能光伏電池配置。

關鍵詞：智能；太陽能路燈；環保；光伏電池

1.國內外光伏發電發展現狀

在1839年，光伏效應這個概念由法國—位學者貝克勒爾提出。在國際市場和國內產業政策的拉動下，我國的太陽能光伏產業逐漸鼓起，一大批較有潛力的光伏企業出現在市場之中，帶動了長江上下游企業的發展。光伏發電產業鏈主要由五個主要部分組成：磨料（硅料）、單硅片、蓄電池、組件、電站系統集成等，發達和發展中國家之間的政策又出現了新的熱潮，全球光伏市場在國內和國際市場迅速擴大。

1.1世界光伏產業的新進展及應用特點

1997年，美國有望在2010完成一百萬個太陽能光伏屋頂工程?！靶玛柟庥媱潯庇扇毡疽蔡岢隽耍?997年），在2010年生產43億瓦特的光伏電池。近年來，一些發達國家還組織了光伏發電研發的路線圖。

1.2太陽能路燈的優勢

資源正威脅著人類的生存與發展。取之不盡，用之不竭的太陽能成為能源發展的重點。太陽能路燈在許多領域得到了廣泛的應用，特別是在沒有電網的偏遠農村地區，主要優點如下：節能，太陽能路燈不消耗常用的能源，取之不盡，良好的環境效益；環保；使用安全可靠；良好的經濟效益，不再消耗電費，從長遠的角度來看，太陽能路燈有著很好的經濟效益。

2.太陽能路燈的工作原理及組成

隨著日益緊張的環境和更加嚴峻的全球能源，使得太陽能路燈系統在城市及農村都得到了大力的發展，早在70年代，我國已經在航海領域上使用過了太陽能電池，為了解決我國部分地區因電力缺乏而出現的照明的問題時，如新疆、西藏、青海和內蒙等地域，而這些地方有著非常豐富的太陽能資源，太陽能路燈得到了迅速的發展，給偏遠地區的人民帶來了極大的便利。

2.1太陽能路燈照明系統的工作原理

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

2.2太陽能路燈系統的組成

在一般的太陽能路燈系統中無交流負載部分，所以在太陽能路燈系統中基本不需要逆變器，一個完整的太陽能路燈系統主要包括以下幾個部分：太陽能電池板；太陽能控制器；燈桿及燈具外殼等；蓄電池組；光源。

2.2.1太陽能電池組件

單體太陽電池不能直接接負載，即不能直接做電源使用。光伏系統具有可靠性高，光電轉換率高等特點，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，將太陽的光能轉化為電能，進而儲存起來，在夜間系統工作時，蓄電池將儲存的電能釋放出來來供負載使用。

3.太陽能路燈系統的設計

3.1太陽能路燈系統的設計原則

3.1.1容量設計和硬件設計

計算在太陽能路燈系統中，其整年吸收的光能來使太陽能電池板可靠地工作的組件和電池容量。而且，要注意各個組件間價格成本和時間成本之間的關系，盡量以最低成本的太陽能路燈系統來盡可能滿足最高的可靠性，但得保證所有方陣的支架的強度必須足夠。在設計過程中，不但要考慮容量設計和硬件設計的兩個方面的要求，而且要求該系統具有先進性、完整性、可擴展性、智能化的設計，這樣才能使整個系統安全、可靠、經濟，已獲得最大效益。

3.1.2太陽能路燈系統的設計思路

太陽能路燈系統設計中要考慮三個主要方面的要求，第一：要由全年吸收的光能量來確定承擔的電力負荷，從而確定太陽能電池組件的電源；第二：計算并查表來確定太陽能電池、電器、光源及設備選型的類型；第三：對設計系統的結構和設計的驗證，保證其運行的穩定性和可靠性，因此在設計時需要注意以下事項：

（1）太陽能的光照強度由氣候、天氣、地形、溫度等不同，其能量有很大的變化，甚至也受當地的經度、緯度和太陽輻射變化的影響。

（2）由于使用的場合、功能、能量消耗不同，其輸出功率也會隨之改變且會直接影響整個系統的運行參數。

（3）針對一些關鍵且難以計算出來的參數，可以通過確定工作時間來估算耗電量和相應的載荷容量。

這些注意事項是非常復雜的，其中有些不能確定而又較為重要的參數，只能用于估計系數的數目。這些因素的復雜性及其之間量的關系確定是互相關聯的，相互制約的，也就是用的方法是不一樣的。

3.2太陽能路燈安裝

定位和起重為本工程的主要組成部分的安裝，大部分的設計是計算和預測。這一領域可能會出現一些極不匹配的現場變化需求，還要了解施工現場是否適合運輸，吊裝車輛進場時，它只有通過實地調查確定。

4.太陽能路燈系統綜合效益評價

4.1 節能效益

與普通路燈相比，太陽能路燈更加節能環保，節能范圍也比較廣。當然，具體值得取決于當地的太陽光照時長。最近幾年，太陽能等相關產品發展迅速，越來越受歡迎，更為關鍵的是符合社會的持續發展，并且增長速率每年都在增加，普通的公路路燈就是個很好的例子，這歡不包括在越來越多的花園燈、農田里的吸蟲燈、以及各種機構草坪燈具等等。由此可見太陽能路燈系統的節能效果有多么的明顯。

4.2 社會效益

能源是經濟社會科技發展的奠基石，沒有能源，那么人類的發展將停滯不前。但目前隨著社會的進步，能源遭到不斷開發，逐漸面臨匱乏期，所以，在社會進步的同時，重中之重是對不可再生能源的保護。進而清潔無污染的可再生能源的開發與利用顯得尤為重要，也提上了日程。從以上結果可以看出，研究和推廣太陽能路燈的意義深遠，具有良好的社會效益。

4.3 環境效益

無污染節能路燈的主要能量來自于太陽，且取之不盡，用之不竭。清潔無污染的優點，使得太陽能路燈及其他光伏產品相對于一般能源產品具有許多獨特的優勢。一個產品具有良好的市場效應對于社會的發展起到積極的作用，但它的產品在市場中存在的時間如何，與它是否符合社會向前發展趨勢，是否具有環境友好的性能指標有密切的關系。太陽能技術和產品的涌現，順應了社會發展的需要，符合環境保護的標準，其所帶來的環境效益是同類型的其他普通產品無法媲美的。太陽能系統技術的改善、成本的降低、性能的優化使其終將迎來高速發展期，而高速發展又使得同行競爭等終將迎來一系列新產品更替，如此良性循環，相信太陽能產品的生命力旺盛而持久。

參考文獻：

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

[2]桑久強.太陽能路燈系統的優化設計及經濟評估.石油石化節能，2015，19（1）：30～35

[3]余曉東.關于新型太陽能路燈電源控制器的設計方案.中國建設動態：陽光能源，2015，（08M）：40～41

[4]孫世維，康宏偉.太陽能路燈的設計與運行.新能源，2015，19（2）：15～17

[5]趙爭鳴，劉建政.太陽能光伏發電及其應用.北京科學出版社，2014：95～99，257