摘 要：随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法。而太阳能是地球上*直接*普遍也是*清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，在国内外的应用中越来越得到重视。作为太阳能在光伏应用领域的一个分支，太阳能路灯在国内外的发展都是比较迅速的，安装和使用的规模呈逐年增加的趋势，随着太阳能路灯照明技术的不断完善，太阳能照明终将成为一个新趋势，太阳能路灯在未来的市场里将占有很高的地位。但是太阳能路灯在技术和安装方面还存在很多问题，针对云南省太阳能路灯的推广和应用，通过太阳能路灯的工程实践，本文结合昆明地区太阳能资源发展规划和需求，从施工安装、系统设计标准、维修维护、防盗功能、可持续性五个角度，对现行太阳能路灯现状进行分析和研究，优化了太阳能路灯系统设计，创新性的提出了太阳能路灯地面方位角确定的测量方法。  关键词： 太阳能；路灯；技术性能；技术问题；问题研究   

引言  我国照明用电量目前占总用电量的13% 左右[3]。路灯是一个耗电大户，目前我国城市照明(包括道路照明和景观照明)的年用电量约占全国总发电量的4％～5％，已超过三峡水电站发电量[5]。近几年太阳能在光伏方面的应用及产业发展异常迅速，年增长率均超过40％ ，体现了世界各国对气候变化及环境保护的重视。我国在广大城乡开展了太阳能路灯的安装，目前全国累计安装太阳能路灯的太阳能电池容量超过10MW 。但是在太阳能路灯安装中也存在一些问题。

本文通过太阳能路灯的工程实践，针对云南省太阳能路灯安装的现状及安装中存在的问题进行了研究和分析，提出了一些创新性的建议。 

随着世界能源危机日趋严重，为满足不断扩大的能源需求，光伏产业的发展步伐不断加快，光伏发电系统的应用范围也越来越广泛。 

1 太阳能路灯存在的问题 

通过太阳能路灯的工程实践，我发现在实际安装中，没有一个较为方便简洁的方法来解决太阳电池板方位角的确定。因此，实现太阳电池板方位角由空中定位向地面定位转变具有现实意义，也是太阳能路灯应用上企业希望解决的实际问题。另外，在太阳能路灯的安装选址上也存在很多弊端，一些企业和单位安装太阳能路灯仅仅是因为盲目的追求路灯的高科技性，却没有按照正确的要求来选址，安装太阳能路灯仅仅作为一个摆设，降低了利用率，或者因安装缺乏科学性，致使太阳电池组件产生热斑效应，从而降低了太阳电池组件的使用寿命。  

从系统设计标准角度看，为确保路灯的正常工作，一方面要考虑系统各方面的性能；另一方面要考虑太阳能路灯设备的正确选择；从而使太阳能路灯的可靠性得到保证。

  从维护的角度看，太阳能路相对传统路灯较为复杂，主要表现在太阳电池组件和蓄电池的维护上，其次是控制器以及其他方面的维护。太阳电池组件因为老化和热斑效应的作用，降低了使用寿命；而蓄电池的损坏直接导致了太阳能路灯系统无法正常工作。因此，做好太阳能路灯维护的维护工作，是保证路灯在使用过程中有较好的可靠性、延长路灯使用寿命的一个重要环节。  

太阳能路灯使用的蓄电池和太阳电池组件是太阳能路灯能够正常工作的两个主要部件，由于经济价值较高，容易被盗。蓄电池和太阳电池组件被盗频率很高，严重影响到了太阳能路灯的正常工作。因而，蓄电池和太阳电池组件被盗已成为制约太阳能路灯广泛应用的*主要的人为因素。 

从可持续性角度看，太阳能路灯自投入使用后，在不出现任何故障的情况下，蓄电池的使用寿命仍是有限的，超过其使用周期，蓄电池的回收更换如何得到保障或者说回收更换由谁来承担是制约太阳能路灯可持续发展的核心问题，该问题若得不到解决，太阳能路灯作为节能环保产品推广应用的初衷将受到挑战。

太阳能路灯的研究和优化设计  对太阳能路灯系统进行合理的设计，避免了资源的浪费，同时也有效地增强了太阳能路灯系统的可靠性和寿命，使其在实际使用中具有更大的优越性。  太阳能路灯的设计一般有多种方法，电池组件容量设计可用以下公式计算：

                o PIIQW/365 h                           (1)  式中 Q—日用电量，W²h；  —系统的效率；  oI—标准太阳辐照度，21000 mW； hI—倾斜太阳能组件上的太阳辐射量，2mMJ。  当地水平面年平均太阳辐射量为tI，倾斜面上的太阳辐射量为 thII1.1[15]。  以下选用较为简便的公式来进行计算。

2.1 太阳能路灯的系统优化 

为确保太阳能路灯在使用中具有良好的可靠性，首先在考虑路灯性能时要注意以下几个方面：

①结构设计；

②照度设计；

③电性能设计；

④道路及与其联接的特殊场所照明设计。其次是路灯的设备选择要严格按照性能设计中的标准，选择安全性和质量都符合要求的设备。具体设计步骤如下：

 1、负载用电量测算：

首先确定所选灯具功率P，根据以下公式计算出灯具用电量， 

                         tPQ                             (2) 式中 Q—灯具用电量，W²h；  t—灯具用电时间,h。  要求昆明地区光源：20W LED灯 (每天工作6h)则根据公式（2）可得：Q=120 W²h； 

2、蓄电池容量确定：  蓄电池容量的计算方法有多种，一般用以下公式计算：

                           KU QDF C                            （3）  式中 C—蓄电池容量，A²h；        D—*长无日照用电天数；         F—蓄电池放电容量修正系数（=充入安时数/放电安时数），通常取1.2；        Q—负载用电量，W²h；         U—蓄电池放电深度（通常取0.5）；        K—包括逆变器在内的交流回路的损耗率，通常取0.8； 如果选用通常情况所取的系数，上式可简化为：                              DQC3                            然后选择系统的直流电压。根据负载功率确定系统的直流电压（蓄电池电压）。确定的原则是：①在条件允许的情况下，提高系统电压有助于减少线路损耗；②直流电压选择要符合我国直流电压标准等级，即、24V、48V等；上限不超过300V，以便于选择元器件和充电电源。用确定的电压（U）除以上式可以得到用A²h表示的蓄电池容量：

                              U DQ C 3                           （5） 昆明地区*长无日照用电天数按照5天计算，直流电压选择12V，则根据上式 （5）可得蓄电池容量：C=150（A²h）；

3、太阳电池组件功率确定：  计算平均峰值日照时数mT  太阳以峰值日照（1kW/㎡）照射1h，定义为1个日照时数。组件倾斜面上的平均每日峰值日照时数为：

                    365 6.3opm 年均太阳总辐射量 KT                    (6)  式中  年均太阳总辐射量— 当地气象部门提供的数据，MJ/2 m；

  3        3.6—单位换算系数，1kW²h=1000（J/s）³3600s=610J=3.6MJ， 1MJ=1hwk/3.6  昆明年均太阳总辐射量为5184MJ/2 m，根据上式（6）可得：mT=5184/（3.6³365）≈3.95（h）（为简便起见，用水平面数据）；  计算太阳电池峰值功率（W）：

                                m mKTQF P                           （7） 式中  F—蓄电池放电容量的修正系数，取1.2；        K—包括逆变器在内的交流回路的损耗功率，取0.8。 上式可化简为：

                             m mTQ P .51                         （8） 根据公式（8）及以上计算得：mP=1.5³Q/mT=1.5³120 /3.95≈45.57（w）根据计算结果，铅酸蓄电池选用12V 150 A²h或12V 80 A²h,太阳电池组件选用50W组件；实际安装中，蓄电池选择12V 65 A²h。  计算太阳电池组件的串联数：

                  V Ns组电压） 系统直流电压（蓄电池             （9）  计算太阳电池组件的并联数：  由太阳电池组件的输出功率mpspmsPNNINVNPmm 可得组件的并联数：

                 m sP  NP Np                        （10） 式中  mI—组件工作电流；        mP—组件的峰值功率，mmmIVP； 

4、控制器和逆变器的确定：  控制器所能控制的组件电流： 组件短路电流：                          25.1ssccFINI                     （11） 式中  N—组件的并联太阳电池组件数；

  4        scI—组件短路电流；  1.25—安全系数。  根据公式（11）可得太阳电池组件电流：  cFIs=1³4.22³1.25=5.275（A）  控制器的负载电流：

                          KV PIL  5.21                          式中  LP—负载的总功率，取K=0.8。 上式可简化为：

                           V PIL  56.1                          根据公式（13），负载电流I=1.56³LP/V=1.56³20/12=2.6（A）。

2.1.1 控制器的模式设置 

控制器的运行通过微电脑处理器对太阳能路灯的整体运行进行控制，对路灯的照明控制一般分为光控和时控；光控是指在外界光照强度降低到一定值时，开启路灯照明；时控是指在特定的时间段内开启路灯照明。为达到节能的目的，在一些学校或是有特殊要求的路段根据具体需求来调整太阳能路灯照明时间。例如针对呈贡斗南花卉市场的运营需求，可以调整路灯在晚上12点熄灭，或是12点之前半功率开启照明，到凌晨4点左右花卉市场运营时有开启照明至天亮[1]。

2.1.2 蓄电池的选择 

因为蓄电池是路灯的储能系统，为保障路灯的正常运行要选择性能优良的蓄电池。一般选用胶体密封的免维护蓄电池或磷酸铁锂蓄电池。因为磷酸铁锂蓄电池单体开路电压为3.6V，在使用中要注意控制器的调节；也可选用出厂时带有电压调节器的磷酸铁锂蓄电池，在蓄电池安装时较为方便。

2.1.3 光源选择 

现在太阳能路灯的安装中一般选择的光源有LED灯或无极灯。 

LED灯是一种新光源，显色指数达90以上，光效70—110流明/瓦，色温4000—6000K。优点:寿命长(大于50000小时)，节能80％ ，环保(无紫外线频闪无重金属)，显色性好。是当今世界上*新的光源,但是成本较高。 

无极灯：光效60流明/瓦，具有寿命长、启动快、无频闪、色温高、显色指数高、发出的光接近于自然光、性价比高等优点；缺点:光效不是太高，在低温环境下达不到预期照明效果。 

2.2 太阳能路灯地面方位角创新性设计和工程实践情况分析

  为减少针对太阳能路灯的偷盗行为，可以从以下几方面加强管理：

①太阳能路灯造价相对于传统路灯较高，且路灯在防盗以及稳定性方面的技术还不够成熟完善，应当选择在市内公共场所或者较为安全的场所架设，不易安装于城郊地区；

②注重太阳能路灯的安全监控，在容易被偷盗场所可架设监控系统或安装报警系统，以便及时获知路灯的使用情况对路灯进行有效管理；

③选用符合标准且质量合格的控制箱及路灯其他材料，同时在安装过程中确保坚固件的安装符合要求，以确保路灯的坚固性，在一定程度上也可以起到防盗作用。

意见和建议 

3.1 太阳能路灯管理和服务体系建设 

太阳能路灯的发展还不够完善，相对于传统路灯来说其组成较为复杂，给日常维护带来了非常大的困难，但是现今对于太阳能路灯安装的管理和服务体系建设存在很多不足的地方，导致了路灯在安装完后，后期管理和服务还跟不上路灯被盗和损坏的速度。由于太阳能路灯的安装在不同路段由不同的公司完成，而各个公司在后续管理和服务体系的建设上存在不规范性和差异性。这一方面的问题严重制约了太阳能路灯的使用性。因此有必要加强对太阳能路灯在管理和服务体系上的建设，来规范和提高该行业后期的管理和服务。

3.2 蓄电池更换的相关问题 

首先，蓄电池损坏后蓄电池必须更换，更换蓄电池所需费用也是一笔不小的费用。这笔费用该由谁来出呢？这个问题存在着很多争议，全部由安装方或是政府相关机构负责都显得不够合理。

因而为解决这个问题，可以从以下几方面考虑：

①建立太阳能路灯维护专项资金，使蓄电池更换资金得以保证，这部分资金可以从收取的电费附加里扣除；

②太阳能路灯安装方可以在安装路灯时预留一部分资金作为蓄电池更换的专项资金，用作蓄电池的更换；

③可以申请太阳能路灯蓄电池更换的政府补贴，作为蓄电池更换资金。 其次，废旧蓄电池更换之后，为避免电池的二次污染，必须做好废旧电池的回收处理工作。使用的蓄电池一般有铅酸蓄电池、NI—CD蓄电池、NI—H蓄电池、锂蓄电池等[6]。废旧的蓄电池不能随意丢弃，应当进行回收处理，如果没有合理的回收渠道和方法，同样会对环境造成很大污染。为做好蓄电池的回收工作，在购买蓄电池的时候便可以和卖方签订回收协议，妥善处理废旧电池，不要随意处理废旧蓄电池。这样既可以收回一定的成本用于电池的更换，更重要的是兼顾做好了环保工作。同时要加强对蓄电池的管理工作，集中处理和回收废旧电池，及时对损坏的电池进行回收，建立一个针对蓄电池合理严格的安装回收机制。

3.3 人才培养和技术培训（针对农村建设） 

从人才的角度来说，现今职业技术教育和高等教育中有关太阳能方面的专业设置还较少，并不能满足日趋扩大的太阳能市场需求，加大这一领域人才的培养力度有助于促进整个行业的快速发展，也有助于在使用过程中更好的对现有技术的推广和应用，同时对该行业也起到了一定的市场规范和制约作用。 

首先，要针对基层技术人员进行技术培训，在太阳能路灯的安装使用过程中，尤其是在农村安装的太阳能路灯，由于基层管理和维护人员缺乏相应的知识，农村人员文化水平相对较低，在日常的使用中对太阳能路灯缺乏正确的维护，导致太阳能路灯的正确使用和日常维护受到制约；其次是针对专业技术人员的培训，现今太阳能路灯的从业者和安装维修技术人员资质参差不齐，太阳能路灯的安装和使用存在很大的不规范性，致使太阳能路灯产业的质量得不到保障。另外，还要求从业者持证上岗，以减少安全隐患，在实际施工中，对从业者的管理更加规范。  

3.4 政策和措施 

1、太阳能路灯应用在云南省能源政策法规中的定位  

我们应该建立健全云南省能源政策法律与法规体系。其中不仅要明确规定太阳能路灯的制造安装规范，同时对太阳能路灯给予清晰和准确的定位。 

2、积极推进太阳能多层次教育体系的建立和完善 

对于太阳能的相关教育体系还不够完善，除云南几所高等教育学校设立有该领域的相关专业外，其他教育层次中并没有或是很少有相关专业教育。为推进太阳能应用领域的发展，建立太阳能多层次教育体系，不仅在高等教育中，还要在职业技术教育、中等教育，甚至是初等教育中设立太阳能领域的相关教育，并不断完善和改进多层次教育体系。  

3、建立太阳能路灯系统的职能机构 

太阳能路灯安装规模越来越大，仅仅依托企业管理或是其他一些职能机构的附带管理已经不能满足日趋增加的太阳能路灯安装使用规模。因而有必要建立一个专门针对太阳能路灯系统的职能机构，来规范太阳能路灯的安装体制，明确太阳能路灯的日常管理维护职能。从而保证太阳能路灯在安装和使用中有序健康的发展。

4、提升太阳能路灯技术水平

太阳能路灯企业应当从科研、生产、产品技术规范、产品检测几个方面进行提高，提升企业自身的科技创新，同时遵守相关的规章制度，在安装和使用太阳能路灯过程中高质量的完成相关工程，严格把关产品检测，确保出厂产品质量合格，从而促进太阳能路灯产业的发展。 结论 

作为太阳能在光伏应用领域的一个分支，太阳能路灯在国内外的发展都是比较迅速的，安装和使用的规模呈逐年增加的趋势，随着世界能源危机的不断加剧以及太阳能路灯照明技术的不断完善，太阳能照明终将成为一个新趋势，太阳能路灯在未来的市场里将占有很高的地位。针对云南省太阳能路灯的推广和应用，根据《昆明市“绿色光亮工程”技术规范（试行）》的实施现状，本文结合昆明地区太阳能资源发展规划和需求，通过太阳能路灯的工程实践，从施工安装、系统设计标准、维修维护、防盗功能、可持续性五个角度，对太阳能路灯在安装和使用过程中存在的问题做出分析并进行相关问题的讨论和研究，对太阳能路灯系统进行优化设计，创新性的提出了太阳能路灯地面方位角确定的方法。对太阳能路灯设备进行选择和优化时不应只考虑经济性，*重要的是选择能够满足系统需求的设备，这样才能保证太阳能路灯的可靠性；另外做好太阳能路灯的安装维护工作，对于太阳能路灯的正常运行起到保障作用。通过本文的相关研究可对今后云南省太阳能路灯的研究和发展提供参考依据。

原创作者：安徽皎然茶业电子商务有限公司