薄膜太阳能电池在灯桩上的应用探讨

◎ 郑志平 陈得新 南海航海保障中心湛江航标处

二十一世纪，环保是国际社会的主要议题，我国也提出了生态环境可持续发展的战略目标，太阳能电池的应用是我国在环保领域的重大突破。近年来，随着我国城市化速度的提高，将薄膜太阳能电池应用在建筑工程的灯桩上，亦是我国科研人员与建筑企业共同关注的问题。它不仅能够为实现我国生态环境可持续发展的战略目标提供助益，它还能够降低建筑企业施工成本，促进企业发展。因此，对薄膜太阳能电池在灯桩上的应用进行探讨具有现实意义。

1.灯桩的供电特点

对灯桩供电，一般要考虑灯桩的助航灯器用电和照明灯器用电以及灯桩建设期间的施工用电等。本文讨论的主要是灯桩建成后的助航灯器和照明灯器等供电。因为灯桩建设期间的施工用电是短暂的，一般都需要交流电，在没有交流电的地方，可以自备发电机组解决施工供电问题，所以在此对施工供电不展开讨论。

1.1 灯桩的助航灯器供电

目前，对灯桩的助航灯器供电，主要有二种方法：一种是晶硅太阳能电池供电；另一种是交流电供电。关于晶硅太阳能供电。可分三步考虑，第一步考虑助航灯器每天耗电量；第二步考虑太阳能电池的计算功率；第三步，根据太阳能电池的计算功率，结合辖区的经验和市场上成品太阳能电池的规格来配置太阳能电池。过去，4海里射程的钨丝灯泡约25瓦，现在4海里的LED灯珠约7瓦。基于7瓦的LED灯珠进行计算，平均1瓦用电设备，配置5瓦太阳能电池和12伏25安时的蓄电池即可满足要求。另一种是安装交流电，将交流电通到的灯桩，可以较好解决灯桩供电。

1.2 灯桩的照明灯器供电

灯桩的照明，在安装有交流电的灯桩，如果每层（3米高算一层）按面积5平方米、照度200勒克斯算，大约需要安装1盏30瓦左右的灯泡就满足要求，这对于交流电供电的灯桩是完全没有问题的。但在没有交流电而采用太阳能供电的灯桩，如果每层（3米高算一层）面积同样按5平方米、照度降低到100勒克斯算，大约需要安装1盏15瓦左右的灯泡才满足要求。比如一座12米高的灯桩，需要60瓦的灯泡，这样照明灯泡的用电约等于助航灯器的用电（按7瓦算）的9倍。这样不但需要增加9倍的蓄电池的用量，而且需要增加9倍的太阳能硅板的用量（计360瓦），这就必须加大灯桩顶部平台板面积。

2.现有供电方法的应用效果及存在的问题

2.1 晶硅太阳能供电的应用效果及存在的问题

晶硅太阳能电池在灯桩上的应用已经有30年左右了。早期的晶硅太阳能电池价格比较贵，在100元瓦左右，现在价格越来越便宜，约40元瓦。现用的晶硅太阳能板需要安装在太阳光不受遮挡的灯桩顶部，还要讲究太阳光照射的角度。在有太阳光的天气并且太阳光照射效果好的时候，发电效果很理想。但在阴雨天，发电效果就很差，但多用一些晶硅太阳能板和蓄电池也能应付过去。

为了安装晶硅太阳能板，通常要在灯桩的顶部设计一个平台，用以安装固定晶硅太阳能板的支架。晶硅太阳能板支架的安装占一定的空间，这对灯桩的造型美感有较大的影响，对助航灯器的安装和上人孔的位置也是不利的。并且，在日常的航标维护中，还要花上大量的时间来维护保养这些晶硅太阳能板支架。

总的来说，灯桩顶部安装较多的太阳能硅板，无论是从灯桩的造型美感来看，或者是对工作来说，都是不利的。

2.2 交流电供电的效果及存在的问题

灯桩如果能安装交流电，并配置足量的蓄电池，灯桩的所有用电设备的用电都好解决。但是，灯桩一般建设在偏僻的航道岸边或礁石上，往往很难安装到交流电。就算附近有交流电，但由于现在的灯桩都是无人值守的，这对于交流电线路的保护是非常困难的，投入很大，很不划算。

3.薄膜太阳能电池的发展优势

薄膜太阳能电池是一种新型的非晶硅太阳能电池，是一种缓解能源危机的新型光伏原件。薄膜太阳能电池的发展优势比较多，在这里主要考虑在灯桩应用上的几方面的优势。

3.1 制造优势

薄膜太阳能电池的制造技术已很成熟。发电薄膜在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅射法和热丝法等，已能实现大面积和大批量连续生产。可以利用价格低廉的柔性塑料片（板）、玻璃板、陶瓷、石墨、金属片（含不锈钢板）等不同材料当基板来制造成品薄膜太阳能电池。塑料片、玻璃板、陶瓷、石墨、金属片等基板材料比较容易找到。目前，薄膜太阳能电池的光电转换效率在实验室里最高已达20%以上，在规模化量产方面稳定效率达13%以上，已满足商品化需求。

3.2 弱光发电优势

现用的晶硅圆太阳能电池需要在有太阳光的天气，并且光照效果好的时候发电才理想。而薄膜太阳能电池，不仅是在有太阳光照射的时候能发电，就是在弱光的情况下也能发电，能够很好地解决灯桩阴雨天供电问题。

3.3 安装优势

薄膜太阳能电池除了制作成平面外，还具有可挠性，电池膜本身的厚度很薄，不足1微米，制作成成品电池板的厚度也不到20毫米，所以很方便安装在建筑物（或构筑物）的墙上，不管是平的墙面或者是弧形墙面（直径不小于600毫米）都可以安装。比如现有的成品长1710毫米，宽999毫米，功率230瓦，不但可以安装在平面上，也可以安装在弧形面上，可以与建构筑物相结合，或者是成为建构筑物的一部分。因此，从安装来看，薄膜太阳能电池应用在灯桩上也是很有利的。

3.4 价格优势

薄膜太阳能电池的发电薄膜不到1微米的厚度就能实现光电转换，产生电压。在同一受光面积同等的发电量之下，其厚度可低于晶硅圆太阳能电池的90%以上，较现用的晶硅圆太阳能电池大幅减少硅原料的用量，节约硅材料；另外，制造薄膜太阳能电池所需的基板材料如塑料片（板）、玻璃板、陶瓷、石墨、金属片等属于普通的材料，不缺货源，容易采购。因而，薄膜太阳能电池价格比较便宜。

4.薄膜太阳能电池在灯桩上的应用

4.1 薄膜太阳能电池的选择

灯桩用薄膜太阳能电池的选择，主要考虑以下几点：

一是薄膜太阳能电池的颜色选择。在颜色选择上，应当以黑色为主，因其在发电方面效果最好。

二是薄膜太阳能电池的基板材料的选择。具体而言，如果灯桩桩身横截面是平面的，那么对于薄膜太阳能板的选择比较宽广，无论是平面式的或者是可挠的薄膜太阳能板都可选用；如果灯桩桩身横截面是弧形的，就只能选择具有可挠性的基板的太阳能板。

三是薄膜太阳能电池的功率选择。薄膜太阳能电池的功率选择，第一步考虑助航灯器的功率；第二步考虑照明灯器的功率（如果有）；第三步根据用电总功率和薄膜太阳能板的安装方法（水平面安装还是垂直面安装）确定所需的薄膜太阳能板的功率。

4.2 薄膜太阳能安装设计

薄膜太阳能电池安装的关键是需要考虑灯桩建筑设计，即薄膜电池板作为灯桩桩身的一个整体进行设计，使灯桩造型达到整齐划一。桩身墙面要预留穿线孔，灯桩室内要设置蓄电池室存放蓄电池。对确定蓄电池的用量的方法，薄膜太阳能电池与现用的晶硅太阳能电池是相同的。桩身外面的太阳能电池板所生产的电通过导线传输到室内的蓄电池，然后再由蓄电池供给用电设备。另外，桩身墙面的预留穿线孔要做好防水处理。

5.结束语

现有的供电方法还存在诸多局限。薄膜太阳能电池具有占用空间小、外形美观、阴雨天可长期供电以及价格较低等优势，因此应当注重应用该电池。另外，现阶段太阳能电池涂料新产品亦在研究中，一旦该涂料实现商品化，那么将其与灯桩墙面相结合，在将来也是灯桩供电好选择。