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【独家】太阳能LED路灯优势及推广应用需解决的问题
  • 2017-03-30 14:24:28
  • 浏览:6480
  • 来自:SOLARZOOM光伏亿家 作者:周志敏

摘要:本文分析了太阳能路灯与市电照明路灯比较的优势,探讨了目前太阳能LED路灯推广应用及运行维护需解决的问题。

关键词:优势 推广应用 运行维护

1.太阳能路灯的优势

太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用VRLA蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性能可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线,无需交流电能和电费,采用直流供电,光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保,实用(根据配置和型号不同,充电一天可用3~7天))寿命长(太阳能电池可用15~20年、蓄电池可用5~7年),是未来户外照明的发展方向。

太阳能灯具利用太阳电池组件发电,蓄电池储电,控制器控制蓄电池的充放电来工作的。控制器分为光控和光控+时控两种。白天,当阳光照射到太阳电池组件表面,太阳电池的光伏效应产生电能通过控制器对蓄电池进行充电;夜晚,光线逐渐减弱,太阳电池的工作电压,工作电流不断下降,当工作电压小于控制器设定电压时,控制器启动负载,此时太阳能灯点亮,当设定的时间到达或环境光线过强时控制器自动关闭负载,太阳电池充电开始。由此不断循环。太阳能路灯与市电照明路灯比较如下。

1)市电照明路灯安装复杂。在市电照明路灯工程中有复杂的作业程序,首先要铺设电缆,这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试,如任何一条线路有问题,则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能路灯安装简便:太阳能路灯安装时,不用铺设复杂的线路,只要制做一个混凝土基座,然后用不锈钢螺丝固定就可。

2)市电照明路灯电费高。市电照明路灯工作中有固定的电费,要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换,维护成本逐年递增。太阳能路灯具免电费:太阳能路灯是一次性投入,无任何维护成本,三年可收回投资成本,长期受益。

3)市电照明路灯有安全隐患。市电照明路灯由于在施工质量、材料老化、供电不正常、水煤气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。太阳能路灯没有安全隐患:太阳能路灯是超低压产品,运行安全可靠。

4)太阳能路灯的其它优势。绿色环保,能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点;可持续降低物业管理成本,减少业主公共分摊部分的费用。

综上对比所述,太阳能路灯之安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性。太阳能路灯是理想的道路照明灯具,随着人们生活的提高和社会的不断发展,它将被广泛利用。

2.太阳能LED路灯推广应用需解决的问题

LED是一种符合绿色照明要求的光源,它与“绿色能源”太阳能电池结合使用,将可制成各类组合式灯具,形成一种非常典型的“绿色照明”系统。

太阳能LED路灯对加强交通管理,减少交通事故已起到显著作用。太阳能LED照明目前还只能用于一些特殊场合,如要普遍使用这类照明系统,尚有一些技术上的问题需要研究解决:广泛使用的照明光源应该是白光LED,而目前国内外已研制成的白光LED光效和功率不够高,价格较高。白光LED要能够作为普通光源而广泛应用,其发展目标是单个LED的功率能达到10W,发光效率达到100lm/W,并且价格能降到0.1元/lm以下。与此同时,目前用于给照明供电的太阳电池,其光电转换效率还不理想,而且价格偏高,如要普遍用作照明电源,其能量转换效率越高越好,而供电成本应接近市电,电价不能高于1元/kWh。预测实现上述目标还需要5~10年。在今后太阳能LED路灯推广应用中需解决以下问题。

(1)成本问题

目前太阳能电池和LED的制造成本都比较高,太阳能供电的LED灯的造价与市电供电的白炽灯和荧光灯相比差距还很大,在设计和制造的过程中必须通过各种途径,努力降低制造成本;或先考虑一些经济上可行的场合。例如:如果首先考虑在西部地区,为替代现在太阳能光电系统中普遍使用的紧凑形荧光灯,那么,发展太阳能LED照明光源还是有相当的竞争力。由于荧光灯寿命只有LED使用寿命的1/10,设每只太阳能用直流荧光灯的价格为25元,每只6W白光LED灯由10个0.6WLED组成,每个LED单价为20元,总价为220元(包括灯具);以总使用时间5×104h计,若用荧光灯需换灯十次,总费用250元,而用LED灯具仅为220元。同时LED灯的功耗约6W,低于现有的9~11W荧光灯,对太阳能系统的功率配置可减少4W左右,以每峰瓦太阳能系统(包括蓄电池)造价为50元计,每套系统可降低成本200元。对于使用5×104h时间而言,太阳电池组件将需要更换一次,而蓄电池将需要更换数十次以上,因此综合成本将明显低于现有的节能灯照明系统。

(2)二次光学系统设计

由于通常的LED发出的光相对集中于一个较小的立体角范围内,一般灯具中的反射器就不再是必要的光学组件,而往往用透镜作为准直光学组件。例如,用凸透镜或菲涅耳透镜产生平行光束。然后,用枕形透镜、楔形棱镜等使光束重新扩散、偏折产生满足各种照明灯标准要求的光分布。这就要求对LED照明灯的灯具进行与以往完全不同的二次光学系统设计。为了能实现对光通量更有效的利用,先用校直系统,将LED发出的光校正为平行光。

对于发光角度较大的LED,若用菲涅耳透镜作为准直系统,应在边缘部位采用内部全反射(TIR)结构。因为,对于菲涅耳透镜,越靠近边缘,光线入射至透镜的角度越大,反射损失成分也越大,若采用TIR结构,如图1-11所示,可使入射角度接近00,大大减少了透镜边缘光的反射损失,有利于使透镜呈现均匀照亮的外观。

由于LED照明需由多个LED组成,其参数离散性也是一个技术问题。除了通过预选、分类,尽量保证一致性以外,必须在设计合理的灯具结构(包括LED的排列和位置布局)和研究合适的驱动电路,防止偶尔产生的能量集中而损坏部分LED。由于多个LED组成一只照明灯具时,避免不了对LED进行并联、串联。在使用过程中只要有一个LED短路或开路,都将会导致整小片或整条LED熄灭,影响照明效果,为此,必须研究简单而廉价的保护电路,使这种不良影响降至最低限度。此外,由于LED对散热条件的要求较高,如果结温超过标准限定值将导致不可恢复性光强衰减。因此,使用时除有足够的散热措施外、还必须考虑合理的电路设计和电路布局,尽量使LED保持良好的工作状态,充分发挥它的长寿命优点。

(3)系统设计

一般的太阳能光伏电源技术已研究得很多,但用于半导体照明系统的光伏电源研究还只有刚刚起步。首先碰到的问题是:由于目前太阳电池组件的光电转换效率还不很高(国内产品约12~15%,国外产品约15~17%),提供50W的灯使用电池组件的面积约为0.3~0.5m2,如果用于路灯,由于电池组件的面积较大,如何实现牢固安装、如何做到美观大方等方面都需要进行研究。同时,对独立电源系统而言,白昼的太阳光能用于夜晚照明必须通过蓄电池储能,虽然目前可用于太阳能独立供电系统的蓄电池品种比较多,但考虑到系统成本,目前大多用铅酸蓄电池。铅酸蓄电池不仅笨重而且其性能与使用环境温度有密切关系,这不仅给安装工作带来困难,而且在安装工程中还必须考虑散热、通风,防雨,防虫等一系列问题。此外,照明系统往往希望体积小巧,灯具美观别致,这就要求太阳能电源控制器与灯具做一体化设计。由于控制器也不允许长期工作在高温环境中,这种一体化设计要求必然给大功率LED灯的灯具的制造带来更多的困难。

鉴于发展太阳能半导体照明有着十分重要的意义,同时要实现太阳能LED照明产业化,目前尚有在不少关键技术问题需要解决。最近科技部在“十五”国家科技攻关计划“光伏与风力发电商业化技术开发”项目中,专门作了部署,设立了“开发使用光伏电源的半导体照明系统”课题,拟资助较多的资金组织有关单位进行攻关,希望2~3年后有多种太阳能LED照明灯出现在市场上。

尽管发展太阳能供电的LED照明系统目前尚存在一系列技术关键问题需要解决,但随着太阳电池组件价格的不断下降,LED的发光效率的迅速提高,太阳能光伏系统和LED灯具制造工艺的进一步改进,一些经济上和技术的障碍将逐步消除。

太阳能照明在经过技术进步和降低价格后,将成为新世纪的主导光源之一。相信在不久的将来,这类照明系统会在很多领域获得广泛的应用。太阳能照明系统在今后发展中需研发的课题有:

1)提升电池板的光电转换率。

2)加大系统容量,满足大功率室外照明灯的要求。

3)降低成本。目前,一套太阳能照明灯(全套)是普通照明灯(全套)的几倍,影响了太阳能照明的推广使用。

4)延长蓄电池等器件的寿命,从而延长太阳能照明系统的寿命。

5)减小太阳能电池组件、蓄电池等的体积,美化杆型。

6)逐步淘汰严重污染的铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池等,加快开发研制无污染蓄电池,实现真正意义的环保。

(4)太阳能LED路灯运行维护

太阳能LED路灯相对于普通路灯而言,初期投资较大,同时维护费用也比较高,大概每一年半到两年时间就需要更换一次蓄电池,这笔费用大概为初期投资费用的1/3。因此,一些地方政府即便能一次性投资几个亿的资金,采用太阳能LED路灯进行道路亮化工程,但当蓄电池寿命到期,却再拿不出新的资金进行更换,而路灯管理部门也没有足够的人力、财力从事这项工作,致使很多太阳能LED路灯成了摆设。

太阳能LED路灯的运行维护工作尤为重要,要想使太阳能LED路灯长久服务于百姓,则需要建设单位、生产厂家、地方政府和受益百姓的共同协作和努力。因此在要求落实运行维护责任人、运行维护范围、运行维护职责、运行维护制度的同时,更需要当地政府有关职能部门的积极支持和配合,将路灯的日常运行维护的责任落实到单位、落实到人。

随着城市照明范围的日益扩大,城市照明设施的管理问题变得越来越突出,特别是照明设施被盗问题,造成太阳能LED路灯不亮,不但影响城市的景观及交通,还给不法分子作案提供了便利,给社会带来一系列的治安问题。然而各地都没有一个行之有效的办法控制被盗现象。对此可从以下几个方面尝试解决这个问题:

1)从设计施工中考虑防盗措施。太阳能LED路灯蓄电池室在方便自己维修的同时,也给偷盗者带来可乘之机。结合实际情况可以考虑对蓄电池室进行封堵,可以有效减少偷盗现象。

2)加强舆论宣传,设立有奖举报制度。照明设施建设是为民服务的公众事业,必须发动广大市民,积极保护照明设施。设立有奖举报制度,鼓励市民举报破坏照明设施的行为,从而在社会中形成一种保护照明设施的氛围。

3)一些城市将太阳能LED路灯远程管理系统与防盗报警技术结合,但从目前使用的效果来看,并不是很理想,仍需进一步创新和完善。

【责任编辑:meimei_sz】
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