太陽能是 21 世紀(jì)的主要能源，是地球上最直接、最清潔的可再生能源。每天輻射到地球表面的太陽能中的能量相當(dāng)于 2.5 億萬桶石油的能量。隨著全球資源的減少，基礎(chǔ)能源投資成本的增加，各種安全和污染問題增加。太陽能是一種取之不盡，用之不竭的安全環(huán)保新能源，受到能源企業(yè)的廣泛關(guān)注，研究人員開始對(duì)太陽能進(jìn)行深入研究。在太陽能熱水器普及后，太陽能照明產(chǎn)品也開始走進(jìn)大眾視野。目前，道路照明主要使用高效電光源和智能控制系統(tǒng)、高效電子設(shè)備和動(dòng)力系統(tǒng)。道路照明需要消耗城市能源，如果在道路照明中使用太陽能，而不再消耗當(dāng)?shù)卣娋W(wǎng)提供的電力，將會(huì)大大減少城市的電能消耗。應(yīng)用太陽能 LED 路燈可節(jié)約投資，并且太陽能是一種綠色無污染的照明能源[2]。1  太陽能 LED 路燈概述1.1 太陽能 LED 路燈的結(jié)構(gòu)太陽能 LED 路燈主要由太陽能電池組件、組件支架、光源和電控箱（內(nèi)控）燈柱（含燈頭）等結(jié)構(gòu)組成。太陽能 LED 路燈白天通過太陽能光伏電池的光電反應(yīng)太陽能將轉(zhuǎn)換為電能，并儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚蓄電池可以通過電控箱驅(qū)動(dòng)光源。太陽能 LED 路燈采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，只需設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行模式，太陽能 LED路燈就會(huì)自動(dòng)工作。1.2 太陽能 LED 路燈的特點(diǎn)太陽能 LED 路燈不需要采用大體積的供電電池，也不需要鋪設(shè)復(fù)雜昂貴的管道，可靈活布置，擁有廣闊的應(yīng)用空間，在我國很多城市都得到應(yīng)用。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，太陽能 LED 路燈的建設(shè)與城市建設(shè)逐漸一體化，其先應(yīng)用在公益建筑，后來逐漸推廣到其他場(chǎng)所?，F(xiàn)今，在高速公路、公園、車站等公共場(chǎng)都可以見到太陽能 LED 路燈的身影。太陽能 LED 路燈基本上利用太陽光照明，不受區(qū)域資源限制。太陽能路燈具有安全性和環(huán)保性[3]。2  普通照明路燈與太陽能 LED 路燈的對(duì)比

2.1 安裝施工

普通照明路燈安裝程序復(fù)雜。首先需要安裝電纜，然后進(jìn)行大量基礎(chǔ)施工，如挖坑，建設(shè)暗管、內(nèi)部線路和凹槽。一旦在安裝、調(diào)試、布線等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就需要進(jìn)行大面積的重新施工。而且普通照明路燈對(duì)地形等的要求非常嚴(yán)格，人工和輔助材料成本高。相比之下，太陽能 LED 路燈可以輕松安裝，安裝太陽能路燈時(shí)，無須使用普通照明路燈復(fù)雜的安裝工藝，只需要鋪設(shè)水泥底座，然后用不銹鋼螺栓固定[4]。

2.2 保養(yǎng)維護(hù)作者簡介： 楊柏旺，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槭姓姎夤こ獭Ｆ胀ㄕ彰髀窡敉ǔＰ枰M(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，  照明工程

保養(yǎng)和維護(hù)費(fèi)用會(huì)逐年增加。太陽能 LED 路燈只能一次性使用 3 年，之后需要更換新路燈，省下的 3 年的投資、維護(hù)費(fèi)用可用于抵消更換新路燈的費(fèi)用。從長遠(yuǎn)來看，太陽能 LED 路燈可以節(jié)約投資成本和維護(hù)費(fèi)用，帶來長期利潤。

2.3 能源消耗

城區(qū)對(duì)照明亮度要求高，一般采用 250 W 鈉燈或 400 W 鈉燈，而使用 112 W 或 180 W 的太陽能 LED路燈也能滿足實(shí)際需要。相比普通照明路燈，太陽能LED 路燈耗電更少、成本更低、亮度適中，在城市建設(shè)中越來越普及，深受人們的歡迎[5]

。

3  太陽能 LED 路燈的使用限制

3.1 不適合密集城區(qū)

城市中有許多摩天大樓，它們會(huì)覆蓋太陽能電池，減少到達(dá)太陽能電池的光照。同時(shí)，城市的光照時(shí)間太短，難以控制聚光強(qiáng)度。城市中有很多車輛，而且樓體存在亮化，環(huán)境中光線過足，這會(huì)影響路燈控制器的調(diào)節(jié)。

3.2 不適合北方地區(qū)

冬天，北方地區(qū)大雪紛飛，積雪很厚，極容易覆蓋太陽能電池板，影響光電轉(zhuǎn)換率。如果雪很大，很容易損壞太陽能電池板。有以下兩種方法可以克服在北方地區(qū)使用太陽能 LED 路燈的限制[6]。（1）在太陽能 LED 路燈安裝發(fā)電機(jī)，在下雪天氣太陽能 LED 路燈可以利用發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種方法成本高，初期投資高于普通照明路燈和太陽能 LED 路燈。（2）太陽能 LED 路燈可以利用風(fēng)能補(bǔ)償太陽能。路燈可以同時(shí)使用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，二者可以在自然條件變化時(shí)相互補(bǔ)充。風(fēng)能發(fā)電的工作原理是用風(fēng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，可以給電池充電。太陽能發(fā)電的工作原理是利用光電效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電，然后儲(chǔ)存在電池中備用。只要有風(fēng)或太陽，太陽能 LED 路燈就可以繼續(xù)使用[7]。

3.3 路燈壽命有限

元件損耗、控制器損耗、逆變器損耗、電池?fù)p耗、線路損耗和季節(jié)性負(fù)荷損失會(huì)影響太陽能 LED 路燈的工作效率。其中，太陽能電池的狀況會(huì)隨晝夜、氣候變化而變化，并且太陽能電池表面的灰塵會(huì)影響其電能生產(chǎn)力。據(jù)估計(jì)，受到影響后，太陽能 LED 路燈的工作效率僅為之前的 30%。太陽能 LED 路燈的組成部分一旦受到雨、熱、紫外線等的傷害，或者污垢、灰塵等的影響，其使用壽命會(huì)縮短。需要隨時(shí)清潔太陽能 LED 路燈，避免太陽能電池板因過熱而損壞。

4  太陽能 LED 路燈的應(yīng)用建議

4.1 加強(qiáng)整體規(guī)劃

從性能上看，太陽能 LED 路燈不能滿足高速公路主干道的照明需求，這是因?yàn)槌鞘兄鞲傻揽臻g大，應(yīng)用太陽能 LED 路燈會(huì)導(dǎo)致照明能量損失變高。因此，在城市建設(shè)的照明設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段，需要從整體上控制能源消耗。節(jié)能減排是重中之重，需要將節(jié)能減排貫穿于整個(gè)明設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段，全面落實(shí)綠色環(huán)保理念和相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)，打造高效城市夜環(huán)境。在總體規(guī)劃中，需要控制路燈數(shù)量和位置，考慮政策、城市照明規(guī)劃，進(jìn)行實(shí)地考察和規(guī)劃布局等[8]。

4.2 合理選用 LED 光源

目前，照明市場(chǎng)有高、中、低功率的 LED 燈具。功率和輸出比越高，LED 越亮，越適合用于路燈。LED 的功率和工作電流越大，產(chǎn)熱量越大，必須解決大功率 LED 的散熱問題，否則會(huì)降低太陽能 LED 路燈的工作效率，縮短太陽能 LED 路燈的使用壽命。在設(shè)計(jì) LED 光源時(shí)，應(yīng)選擇散熱系數(shù)較高的光源。使用LED 時(shí)，需要使用串聯(lián)方式，因?yàn)檫x擇并聯(lián)方式會(huì)產(chǎn)生大電流，功率增大，LED 驅(qū)動(dòng)器的成本會(huì)大幅增加。

4.3 合理設(shè)計(jì)充電方式

白天，太陽能 LED 路燈的充電方式主要有高速電壓充電和恒壓充電兩種，路燈控制系統(tǒng)切換到充電模式，根據(jù)每次充電前的電壓水平選擇合適的充電方式。晚上，LED 路燈控制器切換到自動(dòng)供電模式。需要及時(shí)檢測(cè)電池的存儲(chǔ)容量，防止電力損耗加大，導(dǎo)致電池?fù)p壞。電池監(jiān)控主要采用電流發(fā)射方式，通過監(jiān)控電流中載流子的變化來監(jiān)控電流的變化。

4.4 使用智能管理系統(tǒng)

智能管理系統(tǒng)可以對(duì)太陽能 LED 路燈進(jìn)行統(tǒng)一管理，使用計(jì)算機(jī)對(duì)城市照明和交通網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行信息化管理、維護(hù)、運(yùn)營。智能管理系統(tǒng)可以用于城市道路電網(wǎng)系統(tǒng)管理，包括城市照明、交通、城市信號(hào)設(shè)施和城市交通設(shè)施管理，是全市照明的管理系統(tǒng)。在太陽能 LED 路燈的前期項(xiàng)目規(guī)劃階段，需要針對(duì)路燈位置等建設(shè)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫，然后利用智能管理系統(tǒng)管理和優(yōu)化照明設(shè)施，這可以大大降低隱性成本。太陽能 LED 路燈智能管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 照明工程   2023 年  第 2 期  總第 177 期  光源與照明

5  應(yīng)用效益

太陽能 LED 路燈的成本通常為 1 000 元 /m，初期投資比較大，但不需要提供任何動(dòng)力。傳統(tǒng)路燈通常是高壓鈉燈，采用高壓鈉燈進(jìn)行道路照明，初期投資較小，但城市流量大，需要維護(hù)設(shè)備，并由市電網(wǎng)提供電力，后期維修成本較高。高壓鈉燈的使用壽命為 1 000h，太陽能 LED 路燈的使用壽命為 7 000 h，按每天 10 h 計(jì)算，太陽能 LED路燈可以使用 20 年，其使用壽命是傳統(tǒng)高壓鈉燈的 7 倍。用太陽能 LED 路燈時(shí)，需要更換電池 5 次（平均每 4 年 1 次），每 1 次的更換費(fèi)用為 680 元，而高壓鈉燈需要更換電池 7 次，每 1 次的更換費(fèi)用為 200 元。按每年 365 d 計(jì)算，相比高壓鈉燈，太陽能 LED路燈在 20 年內(nèi)可節(jié)約 2 124 300 kW·h 的電力能源。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)計(jì)算，相比高壓鈉燈，太陽能 LED 路燈可節(jié)省電費(fèi) 0.9 元 /（kW·h），1 年可節(jié)省電費(fèi) 9.56 萬元，因此利用太陽能 LED 路燈可以提升經(jīng)濟(jì)效益。如果考慮20 年的電價(jià)漲幅，以電價(jià)的平均漲幅計(jì)算，預(yù)計(jì)未來20 年的電價(jià)為 1.65 元 /（kW·h），利用太陽能 LED

路燈預(yù)計(jì)可節(jié)省電費(fèi)約 3 551 萬元。如果不算太陽能LED 路燈的電池更換成本，太陽能 LED 路燈的投資成本為 206 000 萬元，僅需 1.18 年就可以與高壓鈉燈的投資成本持平。當(dāng)路燈造價(jià)為 8 044 萬元時(shí)，不算投資成本（電池升級(jí)等費(fèi)用），扣除手續(xù)費(fèi)，使用 20 年

將實(shí)際節(jié)省 2 707 億元。

5.2 社會(huì)效益

節(jié)電量計(jì)算以煤為參考，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每節(jié)省 1 kW·h 電，即可節(jié)約 0.36 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)可減少排放 272 kg碳?jí)m、0.997 kg 二氧化碳、0.037 kg 二硫化物和 0.01 kg氮氧化物。以 20 年為參考，因節(jié)省 2 124 300 kW·h 電，計(jì)算得出，可節(jié)省 767.75 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，減少排放 577.81 t碳?jí)m、2 117.93 t 二氧化碳、63.73 t 二氧化硫和 31.86 t氮氧化物。

6  結(jié)束語

在綠色環(huán)保、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展等基本方針的引導(dǎo)下，綠色、環(huán)保、低碳的太陽能 LED 照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。隨著太陽能 LED 路燈的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的積累和相關(guān)技術(shù)的不斷完善，傳統(tǒng)照明方式逐漸被淘汰，太陽能 LED 路燈的應(yīng)用可以大大減少能量損失，保護(hù)環(huán)境。太陽能 LED 路燈的應(yīng)用可以取得一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益?？沙掷m(xù)發(fā)展的清潔可再生能源對(duì)于世界各國都越來越重要，常規(guī)清潔能源逐漸向可再生能源過渡。新型可再生能源，如風(fēng)能和太陽能等的使用不會(huì)造成燃油、煙霧、灰燼等污染。特別是太陽能電池組件，使用壽命達(dá) 20 年以上，性能穩(wěn)定、維護(hù)成本低，在未來的能源領(lǐng)域大有發(fā)展空間。

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