浅析无污染节能路灯的研究与设计应用

刘彪

摘要：在现代化都市中，路灯在电能耗损中占有很大的比例，考虑到节能路灯的研究与设计，我们踊跃开展智能节能路灯设计的讨论，以降低路灯能源的消费水平，进一步体现不同地区智能节能路灯设计的有效性和效率。例如，城市还是农村，节能灯和照明强度的要求不同，无污染，本文主要通过对太阳能路灯和光伏电池的工作原理的研究，以及太阳能电池的太阳能路灯系统的优化设计的基本特点，主要从实用性和经济性的考虑选择相应的太阳能光伏电池容量为地区需求与太阳能光伏电池配置。

关键词：智能；太阳能路灯；环保；光伏电池

1.国内外光伏发电发展现状

在1839年，光伏效应这个概念由法国—位学者贝克勒尔提出。在国际市场和国内产业政策的拉动下，我国的太阳能光伏产业逐渐鼓起，一大批较有潜力的光伏企业出现在市场之中，带动了长江上下游企业的发展。光伏发电产业链主要由五个主要部分组成：磨料（硅料）、单硅片、蓄电池、组件、电站系统集成等，发达和发展中国家之间的政策又出现了新的热潮，全球光伏市场在国内和国际市场迅速扩大。

1.1世界光伏产业的新进展及应用特点

1997年，美国有望在2010完成一百万个太阳能光伏屋顶工程。“新阳光计划”由日本也提出了（1997年），在2010年生产43亿瓦特的光伏电池。近年来，一些发达国家还组织了光伏发电研发的路线图。

1.2太阳能路灯的优势

资源正威胁着人类的生存与发展。取之不尽，用之不竭的太阳能成为能源发展的重点。太阳能路灯在许多领域得到了广泛的应用，特别是在没有电网的偏远农村地区，主要优点如下：节能，太阳能路灯不消耗常用的能源，取之不尽，良好的环境效益；环保；使用安全可靠；良好的经济效益，不再消耗电费，从长远的角度来看，太阳能路灯有着很好的经济效益。

2.太阳能路灯的工作原理及组成

随着日益紧张的环境和更加严峻的全球能源，使得太阳能路灯系统在城市及农村都得到了大力的发展，早在70年代，我国已经在航海领域上使用过了太阳能电池，为了解决我国部分地区因电力缺乏而出现的照明的问题时，如新疆、西藏、青海和内蒙等地域，而这些地方有着非常丰富的太阳能资源，太阳能路灯得到了迅速的发展，给偏远地区的人民带来了极大的便利。

2.1太陽能路灯照明系统的工作原理

如图2-1所示，在有太阳光的情况下，太阳能系统将白天照射在其上的光能转化为电能并储存在蓄电池中，在晚上，蓄电池将储存的电能释放出来供路灯照明，蓄电池可接两种负载，即：交流负载和直流负载，其中逆变器将直流电转化为交流电。

2.2太阳能路灯系统的组成

在一般的太阳能路灯系统中无交流负载部分，所以在太阳能路灯系统中基本不需要逆变器，一个完整的太阳能路灯系统主要包括以下几个部分：太阳能电池板；太阳能控制器；灯杆及灯具外壳等；蓄电池组；光源。

2.2.1太阳能电池组件

单体太阳电池不能直接接负载，即不能直接做电源使用。光伏系统具有可靠性高，光电转换率高等特点，其种类可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种。

2.2.2蓄电池

在白昼，将太阳的光能转化为电能，进而储存起来，在夜间系统工作时，蓄电池将储存的电能释放出来来供负载使用。

3.太阳能路灯系统的设计

3.1太阳能路灯系统的设计原则

3.1.1容量设计和硬件设计

计算在太阳能路灯系统中，其整年吸收的光能来使太阳能电池板可靠地工作的组件和电池容量。而且，要注意各个组件间价格成本和时间成本之间的关系，尽量以最低成本的太阳能路灯系统来尽可能满足最高的可靠性，但得保证所有方阵的支架的强度必须足够。在设计过程中，不但要考虑容量设计和硬件设计的两个方面的要求，而且要求该系统具有先进性、完整性、可扩展性、智能化的设计，这样才能使整个系统安全、可靠、经济，已获得最大效益。

3.1.2太阳能路灯系统的设计思路

太阳能路灯系统设计中要考虑三个主要方面的要求，第一：要由全年吸收的光能量来确定承担的电力负荷，从而确定太阳能电池组件的电源；第二：计算并查表来确定太阳能电池、电器、光源及设备选型的类型；第三：对设计系统的结构和设计的验证，保证其运行的稳定性和可靠性，因此在设计时需要注意以下事项：

（1）太阳能的光照强度由气候、天气、地形、温度等不同，其能量有很大的变化，甚至也受当地的经度、纬度和太阳辐射变化的影响。

（2）由于使用的场合、功能、能量消耗不同，其输出功率也会随之改变且会直接影响整个系统的运行参数。

（3）针对一些关键且难以计算出来的参数，可以通过确定工作时间来估算耗电量和相应的载荷容量。

这些注意事项是非常复杂的，其中有些不能确定而又较为重要的参数，只能用于估计系数的数目。这些因素的复杂性及其之间量的关系确定是互相关联的，相互制约的，也就是用的方法是不一样的。

3.2太阳能路灯安装

定位和起重为本工程的主要组成部分的安装，大部分的设计是计算和预测。这一领域可能会出现一些极不匹配的现场变化需求，还要了解施工现场是否适合运输，吊装车辆进场时，它只有通过实地调查确定。

4.太阳能路灯系统综合效益评价

4.1 节能效益

与普通路灯相比，太阳能路灯更加节能环保，节能范围也比较广。当然，具体值得取决于当地的太阳光照时长。最近几年，太阳能等相关产品发展迅速，越来越受欢迎，更为关键的是符合社会的持续发展，并且增长速率每年都在增加，普通的公路路灯就是个很好的例子，这欢不包括在越来越多的花园灯、农田里的吸虫灯、以及各种机构草坪灯具等等。由此可见太阳能路灯系统的节能效果有多么的明显。

4.2 社会效益

能源是经济社会科技发展的奠基石，没有能源，那么人类的发展将停滞不前。但目前随着社会的进步，能源遭到不断开发，逐渐面临匮乏期，所以，在社会进步的同时，重中之重是对不可再生能源的保护。进而清洁无污染的可再生能源的开发与利用显得尤为重要，也提上了日程。从以上结果可以看出，研究和推广太阳能路灯的意义深远，具有良好的社会效益。

4.3 环境效益

无污染节能路灯的主要能量来自于太阳，且取之不尽，用之不竭。清洁无污染的优点，使得太阳能路灯及其他光伏产品相对于一般能源产品具有许多独特的优势。一个产品具有良好的市场效应对于社会的发展起到积极的作用，但它的产品在市场中存在的时间如何，与它是否符合社会向前发展趋势，是否具有环境友好的性能指标有密切的关系。太阳能技术和产品的涌现，顺应了社会发展的需要，符合环境保护的标准，其所带来的环境效益是同类型的其他普通产品无法媲美的。太阳能系统技术的改善、成本的降低、性能的优化使其终将迎来高速发展期，而高速发展又使得同行竞争等终将迎来一系列新产品更替，如此良性循环，相信太阳能产品的生命力旺盛而持久。

参考文献：

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