III第1章緒論1.1課題背景及研究意義隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn),傳統(tǒng)能源的總量持續(xù)地下降，全球的生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重的破壞,眾多綠色環(huán)保的新能源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。太陽能具有高度的清潔性和安全性、能源充足、壽命長等傳統(tǒng)能源所不具備的優(yōu)點(diǎn)，太陽能發(fā)電技術(shù)在近幾年的發(fā)展尤為迅猛,并且間接地帶動(dòng)了相關(guān)應(yīng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。而太陽能路燈照明技術(shù)則具有直觀的能源表現(xiàn)形式和巨大的經(jīng)濟(jì)效益前景,目前，太陽能路燈以其安全、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢在眾多新能源產(chǎn)品中脫穎而出，成為了照明行業(yè)的新寵REF_Ref23820\r\h[1]。傳統(tǒng)的路燈安裝過程復(fù)雜、安裝調(diào)試周期長，需要的人工及輔材成本非常高，其運(yùn)行維護(hù)成本高昂且逐年遞增。此外，傳統(tǒng)路燈屬低壓的交流電源供電，若出現(xiàn)人為破壞、材料老化、供電故障等情況，會(huì)造成較大的安全隱患。而太陽能路燈安裝簡捷，它不需要鋪設(shè)電纜，也不需要市電，其主要能量來自于太陽，能源十分充足，更重要的是，太陽能路燈是由超低壓直流供電,電壓穩(wěn)定且運(yùn)行可靠,有著極高的安全性。通過分析太陽能路燈安裝的便捷性,一次投資長期受益的經(jīng)濟(jì)性以及其高度的安全、環(huán)保等特點(diǎn),證實(shí)了太陽能路燈系統(tǒng)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生活環(huán)境改善方面的重要研究和應(yīng)用價(jià)值,印證了太陽能路燈系統(tǒng)實(shí)施的可行性和必要性。同時(shí)，通過對太陽能路燈經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析，可以直觀有效地提升了民眾對太陽能路燈的了解和認(rèn)可度,促進(jìn)國家對新能源的開發(fā)和利用,改善環(huán)境的同時(shí)帶動(dòng)城鄉(xiāng)的科技文化進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來,我國的太陽能路燈產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越快,我國太陽能發(fā)電組件的生產(chǎn)力量也在逐漸加強(qiáng)。隨著國內(nèi)節(jié)能環(huán)保節(jié)能意識(shí)的加強(qiáng),國內(nèi)太陽能路燈的安裝量不斷增加，僅2018年全國就安裝了497.2萬盞太陽能路燈。而從太陽能路燈的市場規(guī)模上看，中國在2018年對太陽能電池板的投入規(guī)模達(dá)到10.3億元,對太陽能路燈光源的投入規(guī)模達(dá)到4.45億元,對蓄電池、控制器及其他組件規(guī)模投入達(dá)到33.98億元,市場投入總規(guī)模超過了48億元，預(yù)計(jì)到2025年我國太陽能路燈市場規(guī)模可達(dá)到70億元。根據(jù)《智能型LED太陽能路燈控制系統(tǒng)》，全國年平均太陽輻射強(qiáng)度在3340-8400MJ/平方米之間，平均水平為5852MJ/平方米R(shí)EF_Ref24192\r\h[2]。根據(jù)前瞻的測算，如果以4米及8米的路燈為例,用太陽能路燈替換傳統(tǒng)路燈后4米及8米的路燈每年節(jié)省的電量可以達(dá)到2190千瓦時(shí),每年可以節(jié)省電費(fèi)1511元。太陽能路燈的能量來源是太陽，是一種綠色的可再生能源，因此與普通的高壓鈉燈相比，使用太陽能路燈可以很大程度地降低我國二氧化碳的排放量。根據(jù)《路燈使用現(xiàn)狀,基本計(jì)算》中的數(shù)據(jù)，如果把我國2000萬盞的傳統(tǒng)市電路燈都替換成太陽能LED路燈，那么全國二氧化碳的排放量將會(huì)降低2580萬噸，相當(dāng)于為我國減少了103億美元的二氧化碳減排成本REF_Ref24835\r\h[3]。太陽能路燈的初始投資成本略高于傳統(tǒng)路燈,但是傳統(tǒng)路燈每年的運(yùn)行維護(hù)成本卻遠(yuǎn)高于太陽能路燈。綜合來說，太陽能路燈的建設(shè)是一次性的投資，使用壽命長且不消耗市電，節(jié)能環(huán)保同時(shí)也可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在路燈的使用壽命方面，通過調(diào)查了解到，傳統(tǒng)市電路燈燈具的使用壽命一般都小于6000小時(shí)，而LED燈具的平均使用壽命卻可以達(dá)到50000小時(shí),其使用壽命是傳統(tǒng)路燈燈具使用壽命的數(shù)倍;太陽能路燈燈桿一般是由Q235鋼材卷?xiàng)U而成,路燈燈桿的表面都會(huì)按照GB/T13912-92標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱鍍鋅處理,防銹防腐能力極強(qiáng),可以輕松達(dá)到十幾年的防銹效果;而太陽能路燈的電池板主要采用單晶硅、多晶硅、絨面玻璃、3M背板封裝材料等技術(shù),目前的太陽能電池板的壽命可以達(dá)到20年以上;現(xiàn)有的控制器采用串聯(lián)式PWM充電，減少了電池的電壓損耗，延長了電池的使用時(shí)間，同時(shí)采用了智能化控制系統(tǒng)進(jìn)一步延長了電池的使用壽命，目前的控制器的智能控制系統(tǒng)可以正常運(yùn)行10年左右;最新的成果—儲(chǔ)能型膠體蓄電池,其密封程度非常高，該技術(shù)能有效地減緩活性材料的脫銹，電極板硫酸鹽化等問題，極大地提高了蓄電池的使用壽命。在實(shí)際使用中，低于38AH的蓄電池設(shè)備可以使用2-5年，38-150AH的蓄電池設(shè)備可以使用3-7年?？刂破骱托铍姵厥翘柲苈窡裟軌蛘＿\(yùn)行的重要的因素，它們的使用壽命會(huì)極大地影響太陽能路燈使用壽命,也是中國太陽能路燈行業(yè)發(fā)展和改進(jìn)的重要部分。總體而言，太陽能路燈的使用壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)照明設(shè)備,因此也大大減少了高額的后期運(yùn)行和維護(hù)成本。1.3本文主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)太陽能路燈不受地理?xiàng)l件的制約，施工和安裝都極為便捷，不消耗市電,綠色節(jié)能,經(jīng)濟(jì)效益高。本文從安裝、費(fèi)用、安全、環(huán)保、壽命等方面出發(fā)，對離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析,闡釋離網(wǎng)型太陽能路燈相對于傳統(tǒng)路燈的巨大優(yōu)勢以及可以太陽能路燈帶來的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益等。本文主要研究內(nèi)容如下：簡述在當(dāng)今世界能源危機(jī)的背景下，離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)在安裝、費(fèi)用、安全、環(huán)保、壽命等方面的優(yōu)勢，并與依托于傳統(tǒng)能源的路燈系統(tǒng)進(jìn)行對比。通過對離網(wǎng)型太陽能路燈的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析研究，來闡述離網(wǎng)型太陽能路燈在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)建設(shè)上的綜合效益。簡單介紹離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的組成和各部分的功能，解釋離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)在白晝和夜晚的兩種不同工作狀態(tài)和工作原理，同時(shí)分析控制器在太陽能路燈循環(huán)工作中的重要作用。分析計(jì)算離網(wǎng)型太陽能路燈的初始投資成本以及后期的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，并與傳統(tǒng)的路燈進(jìn)行相應(yīng)的對比，最終從投資成本和后期運(yùn)行維護(hù)上對太陽能路燈的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行總結(jié)概括。從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)三個(gè)方面，對離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的綜合效益進(jìn)行具體的分析研究，確定離網(wǎng)型太陽能路燈建設(shè)的可行性和重要性。將離網(wǎng)型太陽能路燈與傳統(tǒng)路燈在安裝、費(fèi)用、安全、環(huán)保、壽命五個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的對比，綜合分析太陽能路燈的優(yōu)勢及缺陷，最后針對性的提出優(yōu)化方案。第2章離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的概述2.1離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的組成離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)主要包括光源，太陽能電池組件，蓄電池，智能控制器，燈桿這五部分。目前的太陽能路燈一般采用LED燈具照明，LED燈具使用壽命長且照明效果好；太陽能電池板組件在材料選用方面，一般都選用單晶硅或者多晶硅，這種材料的使用壽命非常長。太陽能路燈的控制器也被叫作充放電控制器，它通常被置于路燈燈桿的內(nèi)部用以協(xié)調(diào)太陽能板、蓄電池、負(fù)載的工作，是太陽能路燈的重要組成部分。太陽能控制器具有光控、過充過放、反向保護(hù)等功能，而更高級(jí)的控制器，具有四季調(diào)節(jié)時(shí)間、半功率、智能充放電等功能；蓄電池在太陽能路燈整個(gè)系統(tǒng)中的地位也是非常重要的，它設(shè)備通常都是埋在地下，一般都有專用的儲(chǔ)存箱，其運(yùn)行壽命主要受到充電方法的影響。目前常用的的蓄電池有12V或24V的常規(guī)蓄電池、膠體蓄電池、鋰鐵蓄電池、堿性鎳鎘蓄電池等，根據(jù)地理環(huán)境和需求的不同，需要用到的蓄電池的種類也會(huì)有所區(qū)別REF_Ref25279\r\h[4]。2.2離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的工作原理在白天，太陽能路燈的電池板組件在光線照射下會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢，通過組件的串并聯(lián)排列成一個(gè)電池方陣，保證方陣的電壓達(dá)到系統(tǒng)的輸入電壓，然后由智能控制器來控制太陽能電池板對蓄電池進(jìn)行充電,把光能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中。當(dāng)蓄電池蓄電到一定程度時(shí),控制器內(nèi)部的自動(dòng)保護(hù)裝置啟動(dòng)并關(guān)閉充電系統(tǒng)。夜間，隨著光照強(qiáng)度逐漸下降，太陽能電池板的開路電壓降低,在控制器探測到該電壓時(shí)，蓄電池將向LED燈源供電，以達(dá)到照明的目的。在蓄電池中存儲(chǔ)的電量達(dá)到設(shè)定值后，控制器再次啟動(dòng)對蓄電池進(jìn)行控制，防止蓄電池過度放電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光控、時(shí)控、溫度補(bǔ)償、反極性保護(hù)等功能。到了凌晨，控制器自動(dòng)斷開電源，而當(dāng)光線條件滿足的時(shí)候，控制器又會(huì)驅(qū)動(dòng)太陽能電池板向蓄電池充電，從而形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)來為路燈提供電力REF_Ref25403\r\h[5]。第3章離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的投資成本及分析3.1離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的安裝建設(shè)太陽能路燈不受地域限制,現(xiàn)場施工和安裝方便,減少了很多市政路燈在施工中的復(fù)雜作業(yè)程序。因此，以100盞光源功率為80W的太陽能路燈投入使用20年為例(路燈的縱向間距為30m,每天工作時(shí)長為8小時(shí))，對太陽能路燈系統(tǒng)主要的材料購置費(fèi)用和安裝費(fèi)用進(jìn)行分析,如下:3.1.1太陽能路燈的材料太陽能路燈系統(tǒng)的組成非常簡單，主要包括太陽能電池板、光源、控制器、蓄電池、燈桿。而由于各廠商的差異以及產(chǎn)品質(zhì)量的不一,造成了太陽能路燈組件的定價(jià)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此,通過數(shù)據(jù)調(diào)查，針對太陽能電池板、光源、控制器、蓄電池分別選取了三組不同的價(jià)格,以其均值作為各部分組件的單價(jià)來對太陽能路燈建設(shè)成本進(jìn)行分析計(jì)算。其中，選取的太陽能電池板組件的價(jià)格分別為285元、325元、380元，其單價(jià)為（285+325+380）/3=330元；LED光源的價(jià)格分別為250元、380元、480元，其單價(jià)為（250+380+480）/3=370元；控制器的價(jià)格分別為296元、325元、375元，其單價(jià)為（296+325+375）/3=332元；蓄電池的價(jià)格分別為1050元、1150元、1265元，其單價(jià)為（1050+1150+1265)/3=1155元；路燈燈桿的設(shè)計(jì)高度一般為6~9米，價(jià)格為70元/米，這里選取高度8米的路燈燈桿來計(jì)算，每盞路燈燈桿的平均價(jià)格為70*8=560元。因此，100盞太陽能路燈的材料購置費(fèi)用為（330+370+332+1155+560）*100=274700元。3.1.2太陽能路燈的安裝太陽能路燈的安裝既無需輔設(shè)電纜線路、加裝配電設(shè)備，也無需進(jìn)行挖溝布管、管內(nèi)穿線、地面回填等大量工程建設(shè)。太陽能路燈整個(gè)的安裝和施工過程十分簡潔,所以太陽能路燈的安裝建設(shè)成本只包含基礎(chǔ)的工程建設(shè)費(fèi)用和設(shè)備安裝與調(diào)試的費(fèi)用。從《太陽能路燈與普通路燈對比方案》中了解到，每盞太陽能路燈的安裝調(diào)試費(fèi)用為300元,每個(gè)燈座基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用為200元REF_Ref25505\r\h[6]。因此,100盞太陽能路燈的安裝費(fèi)用為(300+200)*100=50000元。3.2離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)太陽能路燈在運(yùn)行一段時(shí)期后,路燈系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)和功能的耐久性會(huì)下降,當(dāng)下降至某一臨界狀態(tài)時(shí),為提高設(shè)備的運(yùn)行效率，恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，則需要對太陽能路燈的設(shè)備進(jìn)行更換。3.2.1光源的維護(hù)太陽能路燈燈具的壽命比普通電力燈具的壽命要高得多,傳統(tǒng)市電路燈的使用壽命一般不超過6000小時(shí),而LED光源的使用壽命已經(jīng)遠(yuǎn)大于50000個(gè)小時(shí)。已知太陽能路燈每天工作的時(shí)長為8小時(shí),如果LED路燈光源的使用時(shí)長按照50000個(gè)小時(shí)計(jì)算,那么LED光源的壽命為50000h/8h/365天≈17年。因此,20年內(nèi)太陽能路燈的光源只需更換一次,那么100盞太陽能路燈光源20年內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用為370元/盞*1*100盞=37000元。3.2.2太陽能電池板的維護(hù)現(xiàn)在市面上95%的太陽能面板采用的都是鋼化玻璃層壓封裝技術(shù)，已知采用這種鋼化玻璃堆疊封裝的太陽能面板可以使用25年。然而，隨著時(shí)間的流逝PN結(jié)會(huì)持續(xù)斷裂，太陽能電池板的能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)不斷降低。為保證太陽能電池板的正常運(yùn)行,那么太陽能電池板則需要在運(yùn)行20年左右的時(shí)間后進(jìn)行更換。因此,100盞太陽能電池板20年內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用為330元/盞*1*100盞=33000元。3.2.3蓄電池的維護(hù)目前，國內(nèi)的蓄電池設(shè)備的種類主要有鉛酸蓄電池,膠體蓄電池以及各種鋰電池等。不同種類的蓄電池的工作特性和實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境條件不一樣,其使用壽命長短也不相同,綜合來說，我國目前質(zhì)量檢測合格的太陽能路燈蓄電池產(chǎn)品的平均壽命可以達(dá)到五年以上。因此,20年內(nèi)年需要對每盞太陽能路燈的蓄電池進(jìn)行四次更換。而蓄電池的造價(jià)高昂,一般會(huì)對更換下來的蓄電池進(jìn)行回收,更換下來的蓄電池價(jià)格為60元/只。因此,100盞太陽能路燈蓄電池20年的運(yùn)行費(fèi)用為(1155-60)元/盞*4*100盞=438000元。3.2.4控制器的維護(hù)太陽能控制器的主要功能是統(tǒng)籌太陽能電池板、蓄電池、負(fù)載的工作，是太陽能路燈系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，所以對控制器的品質(zhì)有很高的要求。如今的控制器采用的是串聯(lián)式PWM充電主電路,同時(shí)還加裝了了浮充自動(dòng)控制等方式，使得充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半。目前的控制器的智能控制系統(tǒng)可以正常運(yùn)行10年左右,20年內(nèi)只需更換兩次。因此,100盞太陽能路燈控制器20年的運(yùn)行費(fèi)用為332元/盞*2*100盞=66400元。3.2.5燈桿的維護(hù)路燈的燈桿使用壽命一般比較久,目前的工藝上有冷鍍鋅與熱鍍鋅兩種,這兩種工藝的防銹效果會(huì)有比較明顯的差異,冷鍍鋅的燈桿的使用壽命較短,而熱鍍鋅的燈桿卻可以達(dá)到10年甚至更久的防銹效果。那么在20年內(nèi),對太陽能路燈的燈桿進(jìn)行兩次更換即可充分地保證燈體的穩(wěn)固,因此,100盞太陽能路燈燈桿20年內(nèi)的運(yùn)行費(fèi)用為560元/盞*2*100=盞112000元。3.3傳統(tǒng)路燈的安裝建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)相較于離網(wǎng)型太陽能供電的路燈,傳統(tǒng)的路燈的建設(shè)成本中除了基礎(chǔ)的燈具費(fèi)用及安裝費(fèi)用外,還增加了工程(挖填土、管線),材料(電纜、膠布、PE管),配電設(shè)備(成套電器、箱體、導(dǎo)線、架設(shè)變壓器)等費(fèi)用。另一方面,傳統(tǒng)路燈每年都需要高昂的電費(fèi),線路復(fù)雜且易老化,而且高壓鈉燈的使用壽命相較于LED光源的使用壽命極短,隨著年限的增長，傳統(tǒng)路燈的運(yùn)行維護(hù)成本更是逐年遞增。由于傳統(tǒng)路燈的安裝建設(shè)和后期維護(hù)工作量極大且過程極為復(fù)雜,因此，根據(jù)《太陽能路燈與普通路燈對比方案》中的信息，以100盞250W功率的高壓鈉燈運(yùn)行20年為例，對傳統(tǒng)路燈主要的投入成本及運(yùn)維費(fèi)用進(jìn)行分析REF_Ref25505\r\h[6]。如下：傳統(tǒng)路燈燈具和燈座基礎(chǔ)的費(fèi)用為：1160元/盞；安裝調(diào)試費(fèi)用為：110元/盞；工程(挖填土、管線)費(fèi)用為：15元/米；材料(電纜、膠布、PE管)費(fèi)用為：35元/米；配電設(shè)備(成套電器、箱體、引線、架設(shè)電力變壓器)費(fèi)用為：控制配電箱5000元、配套費(fèi)用500元。因此,100盞傳統(tǒng)路燈的安裝建設(shè)總費(fèi)用為：【(1160元/盞+110元/盞)*100盞+(15元/米+35元/米)*30米/盞*100盞+5000元+500元】=282500元。傳統(tǒng)路燈燈具每年的維護(hù)費(fèi)用為：120元/(年.盞)；高壓鈉燈每次的更換費(fèi)用為：100元/(次.盞)；線路的維護(hù)費(fèi)用為360元/百米；每盞傳統(tǒng)路燈每天消耗市電的費(fèi)用為：0.25kW*8h/天/盞*0.69元/(kW.h)=1.38元/(天.盞)。因此,100盞傳統(tǒng)路燈20年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為:【120元/（年.盞）*20年*100盞+100元/（次.盞)*(20/2.05)次*100盞+(360元/100米)*30米/盞*100盞+1.38元/（天.盞）*365天/年*20年*100盞】=1355760.98元。注:【路燈的縱向間距為30m；路燈每天工作時(shí)長為8小時(shí)；每盞高壓鈉燈的使用壽命為6000h,即6000h/(8h/天*365天)=2.05年；市政路燈電費(fèi)為0.69元/(kW.h)】3.4離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的投資和成本分析根據(jù)3.1和3.2可知，100盞太陽能供電的路燈運(yùn)行20年，其初始投資成本為274700+50000=324700元，運(yùn)行費(fèi)用為37000+33000+438000+66400+112000=686400元，總費(fèi)用為1011100元。那么，每盞太陽能路燈的投入成本為324700元/100盞=3247元/盞，每盞太陽能路燈每年的運(yùn)行費(fèi)用為685400元/20年/100盞=343.2元/（年.盞）；根據(jù)3.3可知，100盞傳統(tǒng)路燈運(yùn)行20年，其初始投資成本為282500元，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為1355760.98元，總費(fèi)用為1638260.98元。那么，每盞傳統(tǒng)路燈的投入成本為282500元/100盞=2825元/盞，每盞傳統(tǒng)路燈每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為1355760.98元/20年/100盞/=677.88元/（年.盞）。如圖3.4所示。就產(chǎn)品本身而言,從上述數(shù)據(jù)可以看到,安裝太陽能路燈的初始投資成本比傳統(tǒng)路燈的成本略高。太陽能路燈的成本高主要是由于蓄電池、控制器的造價(jià)高昂且壽命較短,發(fā)生損壞即須更換，但隨著太陽能路燈技術(shù)的發(fā)展和國家對太陽能路燈產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷優(yōu)化,蓄電池、控制器等材料的品質(zhì)和價(jià)格都會(huì)得到改變。此外，隨著路燈建設(shè)規(guī)模的增大，普通路燈相關(guān)的安裝費(fèi)用會(huì)越高，最終隨著時(shí)間的變化，太陽能路燈建設(shè)成本會(huì)逐漸降低，傳統(tǒng)路燈的初始投資成本將高于太陽能路燈。因此,從初始投資成本上來看,建設(shè)離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的初始投資成本雖然偏大,但是隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量的提升,太陽能路燈的建設(shè)完全不成問題。而在后期運(yùn)行維護(hù)上,通過上述數(shù)據(jù)以及圖3.4可以明顯地看到,每盞太陽能路燈每年的運(yùn)行費(fèi)用僅僅是每盞傳統(tǒng)路燈每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的二分之左右。這是因?yàn)樘柲苈窡艨梢詫?shí)現(xiàn)獨(dú)立安裝,不需要挖溝、埋線、回填等工程,更重要的是太陽能路燈不消耗市電,可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制,無需人員管理,運(yùn)行成本很低。傳統(tǒng)路燈每年都需要消耗大量市電,而且路燈的光源和線路還需要經(jīng)常維護(hù),傳統(tǒng)路燈的后期運(yùn)行維護(hù)成本明顯高于太陽能路燈的運(yùn)行維護(hù)成本,而且隨著路燈建設(shè)數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間的增加,傳統(tǒng)路燈的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也會(huì)越來越高。綜上所述,從投資和成本上來看,推行離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的建設(shè)是完全可行的,離網(wǎng)型太陽能供電的路燈的應(yīng)用對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的意義也是重大的。圖3.4每盞太陽能路燈與傳統(tǒng)路燈費(fèi)用對比圖注：y?，y?分別表示每盞傳統(tǒng)路燈的費(fèi)用和每盞太陽能路燈的費(fèi)用。（y表示費(fèi)用，單位：元；x表示年份）第4章離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)綜合效益評(píng)價(jià)分析4.1離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益在現(xiàn)代城市,道路兩旁的公用照明設(shè)施每年都需要消耗大量市電，這是一項(xiàng)巨大的支出,太陽能路燈的出現(xiàn)極大地緩解了市政設(shè)施開支大,能耗高等問題。從3.3中的數(shù)據(jù)及分析可以看到,傳統(tǒng)路燈投入運(yùn)行20年間的總費(fèi)用為1638260.98元,而離網(wǎng)型太陽能供電的路燈的總體費(fèi)用為1011100元，比傳統(tǒng)路燈節(jié)省了627160.98元，而且隨著路燈建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大這種經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢將會(huì)更大。隨著太陽能路燈行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和太陽能路燈產(chǎn)品質(zhì)量的提升,太陽能路燈的建設(shè)和運(yùn)行成本會(huì)逐步降低,太陽能路燈的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)愈發(fā)突出。中國位于歐亞大陸的東部,是以溫帶和亞熱帶為主的地區(qū),《智能型LED太陽能路燈控制系統(tǒng)》顯示,中國地區(qū)每年的太陽輻射量總為3340~8400MJ/㎡,中值約為5860MJ/㎡,具有相對豐富的太陽能資源REF_Ref24192\r\h[2]。如果大力推行太陽能路燈的建設(shè)，全面提高對太陽能的利用率,太陽能路燈帶來的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)將會(huì)是巨大的,其在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中的地位也會(huì)愈發(fā)重要。除此之外,傳統(tǒng)路燈每年都需要消耗大量市電,與此對應(yīng)的是每年都會(huì)產(chǎn)生大量的資源利用廢棄物,如二氧化碳、二氧化硫等。從《發(fā)展太陽能LED路燈是發(fā)展我國光伏發(fā)電的頭等大事》一文中可以看到，如果把我國2000萬盞的傳統(tǒng)市電路燈全部替換成節(jié)能環(huán)保的太陽能路燈，那么全國二氧化碳的排放總量將會(huì)大大降低，可以為我國減少103億美元的節(jié)能減排成本REF_Ref27539\r\h[7]。太陽能路燈不消耗傳統(tǒng)電力,降低了國家的財(cái)政開支，同時(shí)也間接的減少了國家能源的消耗,有效的降低了國家的減排成本。綜上所述,離網(wǎng)型太陽能路燈的建設(shè)對于國家經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和快速發(fā)展有著非同一般的意義。4.2離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的環(huán)境效益進(jìn)入21世紀(jì)，能源問題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，中國仍然是全球最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國家，我國以煤炭為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)在未來很長一段時(shí)期內(nèi)都不會(huì)發(fā)生改變。但是大量的燃煤會(huì)排放出大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)，目前，由于人類與能源的活動(dòng)導(dǎo)致大氣中的二氧化碳的不斷累積，溫室氣體含量的不斷上升，使得全球氣候變暖的問題越來越突出。而二氧化硫、氮氧化物這些有害物質(zhì)會(huì)對人體造成極大的傷害，同時(shí)還會(huì)給生態(tài)環(huán)境造成了很大的破壞，最終會(huì)給人類的正常生活造成巨大的的影響REF_Ref27673\r\h[8]。與傳統(tǒng)的市電路燈相比，太陽能路燈的使用壽命更長且太陽能路燈不需要消耗市電，而且太陽能是取之無盡、用之不竭的，是一種清潔可再生的綠色環(huán)保能源，太陽能路燈的使用間接地降低了我國能源的消耗，減少了對生態(tài)環(huán)境的污染。大力推行太陽能路燈的安裝建設(shè)，將極大地緩解我國煤炭、石油等能源供給的壓力，可以有效地降低二氧化碳的排放量，促進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和環(huán)境的改善。同時(shí),太陽能路燈系統(tǒng)建設(shè)還可以直觀地美化城市和鄉(xiāng)村的環(huán)境,提高居住環(huán)境的舒適度等,符合國家提出的節(jié)能環(huán)保、美化環(huán)境的要求REF_Ref28065\r\h[9]。4.3離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的社會(huì)效益從2014年發(fā)布的《讓光電建筑在城鄉(xiāng)建設(shè)中有更好的發(fā)展》中了解到,傳統(tǒng)的路燈10年的耗電量是365萬千瓦時(shí),按火力發(fā)電燃煤400克/度的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)計(jì)算會(huì)消耗掉1460噸的煤炭，伴隨的是27噸的二氧化硫、4250立方米的二氧化碳、238噸的雜質(zhì)和粉末等污染物的排放REF_Ref27885\r\h[10]。這些污染物中，二氧化硫會(huì)伴隨著雨水、風(fēng)暴等自然因素進(jìn)入地面，使得水庫、江河湖泊的酸性變得嚴(yán)重，影響到眾多水生植物的生長和魚類的繁殖，進(jìn)而對人類的身體造成直接的危害。另一方面，大量的二氧化碳的排放會(huì)導(dǎo)致地球溫室氣體增加，全球氣候多變，從而導(dǎo)致全球病蟲害增多，海平面上升，土地荒漠化，氧氣含量減少，熱帶雨林的消失，最終對人類的生存和生活質(zhì)量造成嚴(yán)重的威脅。太陽能具有高度的清潔性和充足性,在今天，隨著不可再生能源的減少或枯竭,傳統(tǒng)能源價(jià)格的持續(xù)上漲,太陽能路燈對人們的生存環(huán)境和生活品質(zhì)的影響會(huì)越來越大，太陽能路燈帶來的社會(huì)效益也會(huì)愈發(fā)顯著。此外，現(xiàn)有的傳統(tǒng)市電路燈使用的是220V的交流電壓,在使用過程中很容易受到施工質(zhì)量、材料老化、水電氣管道沖突、供電電壓波動(dòng)等問題的影響，傳統(tǒng)路燈在運(yùn)行的過程中存在著許多安全隱患。而太陽能路燈最突出的優(yōu)點(diǎn)之一就是它的安全性，太陽能路燈的工作電壓通常在12-24V之間，使用起來非常安全，不會(huì)有觸電的危險(xiǎn)。另一方面，太陽能路燈的安裝十分便捷且太陽能路燈燈具的壽命也比普通電力燈具的壽命要高很多,其后期運(yùn)行維護(hù)的工作量也得到了大大的減少。普通路燈的建設(shè)雖然解決了部分人民的就業(yè)和企業(yè)的發(fā)展等問題,但也一定程度上造成了社會(huì)人力、電力資源的巨大浪費(fèi)，太陽能路燈的問世和應(yīng)用則可以很好解決這種社會(huì)人力、電力等資源浪費(fèi)的問題，促進(jìn)國家對社會(huì)資源的合理分配。離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的出現(xiàn)和建設(shè),對我國城市和鄉(xiāng)村的科技文化的進(jìn)步和發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的建設(shè)以及環(huán)境的改善都意義重大。離網(wǎng)型太陽能供電的路燈系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣也是社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)繁榮的標(biāo)志,離網(wǎng)型太陽能路燈帶來的社會(huì)效益顯著，符合社會(huì)發(fā)展的需要。對離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)研究的結(jié)果分析5.1離網(wǎng)型太陽能路燈與傳統(tǒng)路燈的對比5.1.1在安裝上傳統(tǒng)路燈的施工工序比較繁瑣,除了需要完成一系列的基礎(chǔ)建設(shè)，如開挖電纜溝,鋪設(shè)電纜和暗管，管內(nèi)穿線,地面回填等,還需要對路燈進(jìn)行長期的監(jiān)測和調(diào)試。如果有某一條線路出了問題，就需要大量的重新設(shè)計(jì),且傳統(tǒng)路燈的施工對地形和線路要求非常復(fù)雜,需要大量的人力、物力等資源。而太陽能路燈的安裝并不需要鋪設(shè)復(fù)雜的電路，只需要特定位置做一個(gè)混凝土基座，再用不銹鋼螺釘固定就行了，其安裝非常方便，還可以輕易地解決野外和農(nóng)村等電網(wǎng)無法覆蓋的地方的照明問題。5.1.2在費(fèi)用上根據(jù)3.4可知,每盞太陽能路燈的投入成本為3247元，每盞傳統(tǒng)路燈的投入成本為2825元。每盞太陽能路燈每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為343.2元,每盞傳統(tǒng)路燈每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為677.88元。從上述數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)路燈的安裝建設(shè)過程可以看到,安裝太陽能照明設(shè)備的初期投資要比一般的照明設(shè)備要高一些，但如果考慮路燈整個(gè)建造過程，隨著路燈的規(guī)模越來越大，一般的照明設(shè)備所需要的材料和造價(jià)也會(huì)越來越高。而隨著太陽能路燈相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品的不斷優(yōu)化,太陽能路燈的建設(shè)成本會(huì)不斷下降，傳統(tǒng)路燈的初始投入費(fèi)用將會(huì)逐漸趨近甚至超過太陽能路燈的初始投入費(fèi)用。傳統(tǒng)的路燈在日常的照明過程中有著固定且高昂的電費(fèi)，同時(shí)還需要長期對線路和設(shè)備進(jìn)行維修或更換，從數(shù)據(jù)和圖3.4可以看出，傳統(tǒng)的路燈維修費(fèi)用很高，而且每年都會(huì)增加。相比之下，太陽能路燈的工作完全不需要用到電力資源，這也間接地減少了對我國不可再生資源的消耗，同時(shí)，太陽能路燈的壽命和維修周期長，兩年左右就能收回投資成本，并獲得長遠(yuǎn)的收益?？偟膩碚f,相較于傳統(tǒng)路燈太陽能路燈帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的,而且隨著太陽能路燈的建設(shè)規(guī)模和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化,太陽能路燈帶來的正效益必將愈發(fā)明顯!5.1.3在安全上傳統(tǒng)路燈的電力來源于電線電纜的輸送，而且傳統(tǒng)市電是高壓交流電，在人為破壞、材料老化、供電故障等情況下，極易出現(xiàn)安全隱患。太陽能路燈采用的電力則是低壓直流電，其電壓穩(wěn)定工作可靠，安全性也高，不會(huì)像普通的照明設(shè)備那樣存在著很大的安全隱患。5.1.4在環(huán)保上在當(dāng)今全球能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖等問題日趨嚴(yán)重的現(xiàn)狀下,相較于太陽能路燈的節(jié)能環(huán)保,傳統(tǒng)的路燈還需要消耗大量的市電,給我國電網(wǎng)帶來了巨大的壓力。而我國目前仍是以煤炭為主要發(fā)電能源,如果以太陽能路燈替換傳統(tǒng)路燈,將會(huì)減少大量的能源消耗,同時(shí)可以有效地減少二氧化碳、二氧化硫等氣體以及大量廢料的排放。離網(wǎng)型太陽能路燈的建設(shè)在減少大量資源浪費(fèi)的同時(shí)也加快了國家開發(fā)新能源的進(jìn)程,有力地促進(jìn)了我國生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)。5.1.5在壽命上太陽能路燈的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)的電力路燈，其中,太陽能電池板組件的使用壽命長達(dá)25年;超高亮LED的平均壽命大于50000小時(shí)以上,而傳統(tǒng)路燈光源壽命一般不超過6000小時(shí);太陽能路燈控制器是太陽能路燈系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其控制裝置的性能和使用壽命都有了很大的改善，目前控制器的控制系統(tǒng)可以正常運(yùn)行10年左右；目前太陽能路燈蓄電池的壽命一般可以達(dá)到五年，但是相較于其他組件的使用壽命仍有欠缺，還需不斷提升蓄電池的制造品質(zhì)，提高蓄電池深充放循環(huán)的壽命。綜合來說，太陽能路燈燈具的整體壽命是遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)路燈燈具的，而太陽能路燈相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率仍需要不斷地提升，以保證我國太陽能路燈產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。5.2離網(wǎng)型太陽能路燈系統(tǒng)的不足及優(yōu)化設(shè)計(jì)5.2.1離網(wǎng)型太陽能路燈的缺點(diǎn)目前，太陽能路燈憑借著其環(huán)保、節(jié)能、安全、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為了我國城市道路照明領(lǐng)域的新寵兒，擁有有巨大的市場前景。但是目前的太陽能路燈同樣存在著自身的局限與不足,主要表現(xiàn)在以下方面:成本高從數(shù)據(jù)上來看,太陽能路燈的初始投資成本較高,其初期投資大也是其最突出的問題,而且LED路燈的部件一旦受損則需整體更換，且現(xiàn)場維修也沒有傳統(tǒng)燈具更換那么容易。在未來很長一段時(shí)間里，太陽能路燈的發(fā)展都會(huì)受到經(jīng)濟(jì)性的限制，如果能夠很好的解決太陽能路燈成本高的問題,那么太陽能路燈憑借其節(jié)能環(huán)保以及在運(yùn)行維護(hù)成本上的優(yōu)勢,可以很好的替代傳統(tǒng)路燈照明。光源系統(tǒng)的散熱問題在太陽能路燈的使用中,LED芯片在發(fā)光的同時(shí)會(huì)散發(fā)出熱量,而隨著光源溫度的升高其光效會(huì)緩慢下降,LED芯片的壽命和光衰也會(huì)受到不小影響，進(jìn)而對整個(gè)太陽能路燈的使用性能產(chǎn)生一定的影響。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，光源的散熱問題是需要重點(diǎn)注意和改進(jìn)的。3.不穩(wěn)定性離網(wǎng)型太陽能路燈在運(yùn)行時(shí),會(huì)受到地理?xiàng)l件、季節(jié)氣候的變化等自然因素的制約，再加上陰晴云雨等隨機(jī)天氣的影響,使得到達(dá)固定區(qū)域的太陽輻射具有不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，這導(dǎo)致太陽能路燈的推廣和大規(guī)模使用變得更加困難。在太陽能路燈的使用中，想要將太陽能變成持續(xù)穩(wěn)定的能量來源，太陽能路燈就必須要有一個(gè)良好的儲(chǔ)能系統(tǒng)，所以在太陽能路燈的應(yīng)用中對蓄電池的開發(fā)與改進(jìn)是一個(gè)重要的課題REF_Ref28663\r\h[11]。4.沒有完善的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)我國目前還沒有一個(gè)完善的、統(tǒng)一的關(guān)于太陽能路燈行業(yè)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。很多太陽能路燈廠商按照自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)自己的產(chǎn)品，導(dǎo)致彼此間的產(chǎn)品間不能互換通用,更有部分企業(yè)偷換概念以次充好，傷害消費(fèi)者的利益，嚴(yán)重阻礙了太陽能路燈的大范圍推廣和運(yùn)行。5.2.2離網(wǎng)型太陽能路燈的優(yōu)化1.降低成本降低太陽能路燈的投入成本，最重要的就是降低材料的價(jià)格。比如，在開發(fā)太陽能板的材料上，可以在提高電池板轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上減小其體積，增強(qiáng)其工作效率的同時(shí)降低其成本。而在蓄電池方面我們可以采用超級(jí)電容，增加電池的容量，延長電池的使用壽命和維護(hù)周期，降低蓄電池的維護(hù)成本等。2.光源的改進(jìn)在光源系統(tǒng)的優(yōu)化方面，可以采用新的LED照明系統(tǒng)，減少光源的功率損耗同時(shí)增加LED燈具的照度和亮度，并通過合理的自然對流散熱、安裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱、循環(huán)熱管散熱等方式進(jìn)行散熱，達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤太陽光的目的并使得太陽能的吸收利用率最大化REF_Ref28754\r\h[12]。3.提高穩(wěn)定性在原有的太陽能供電的路燈系統(tǒng)上可以加裝微風(fēng)發(fā)電系統(tǒng),采用風(fēng)光互補(bǔ)的照明系統(tǒng)來提升太陽能路燈系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。目前，在自然風(fēng)速達(dá)到2m/s左右的時(shí)候，微風(fēng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)對蓄電池的充電。因此，在光照強(qiáng)度不足或夜間的時(shí)候,充分利用光能和風(fēng)能的配合,可以保證蓄電池有足夠的能量向光源供電REF_Ref28898\r\h[13]。此外,為了彌補(bǔ)單電源太陽能路燈的不足,還可以將市電引入太陽能路燈系統(tǒng)中作為補(bǔ)給能源,形成雙電源供電系統(tǒng),這將極大地提高太陽能路燈系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使太陽能路燈可以在快速路和主干道上得到使用REF_Ref29012\r\h[14]。4.規(guī)范產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)太陽能路燈是新興的產(chǎn)物，我國的太陽