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制约太阳能在景观灯光中应用的因素及解决方法

1、景观灯光的现状 
     据调查,截至2005年底,天津市内六区景观灯光的保有量为 32000多处。其中商业门面约24000处,户外广告7000多处,大型灯光设施(天塔、水上公园、乐园、银河广场等)46处,公建共336栋,民建共755栋,游射灯11处,以上景观灯光的总耗电量约24万千瓦时。 
     从在这些数字中,我们可以看到能源的耗费是巨大的。随着全球工业化进程的加快,常规能源越来越不能满足人们的生产、生活需要,各种新型环保可再生能源在人们生活中所占比例也越来越大。用乙醇做燃料的汽车、用淀粉做的可降解餐盒,还有2006年“八国峰会”上的太阳能车,都慢慢深入到人们的生活中。但是太阳能却迟迟没能在景观灯光中发挥其应有的作用,这既有它自身的原因也有外部条件的制约因素。 
2、太阳能能源相关技术 
     太阳能是取之不尽,而且清洁安全,是理想的可再生能源。经过50年的发展,目前太阳能光伏发电技术已日趋成熟,是具有可持续发展特质的可再生能源技术之一。
     根据原中国绿色照明工程促进项目办公室的专项调查表明,我国景观照明用电在整个用电中的比例约为12%左右。2006年夏天,天津用电负荷达到593万千瓦,排除夏季空调等设施原因,景观灯光照明耗能占8%~10%,基本与国内情况相符合。按用电量增长速度低于GDP增长速度的5%保守计算,到2010年,我国发电量可望达到27000亿千瓦时,照明用电估计就需3000亿千瓦时以上。如果照明用电节约一个百分点,即可节电20亿~30亿千瓦时;如果照明用电节约三分之一,则可节电1000亿千瓦时。可见,把照明节电看成*有效的环保工程和节电手段,丝毫也不为过。20世纪50年代,在美国贝尔实验室首次研制成功实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应,就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其它光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电压,使PN结短路,从而产生电流。太阳光发电是指无需经过热过程直接将光能转变为电能的发电方法。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能及半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能,并使之转变成电能的直接发电方式,是当今太阳光发电的主流。人们通常所说的太阳光发电就是太阳能光伏发电(PV),亦称为太阳能电池发电。 
     目前,太阳能光伏发电照明应用系统中的典型部件包括光伏矩阵板、电池、电网、动力调节单元、交流负载中心、直流/交流变换器、交流/直流变换器、直流电流调节器、光源和泛光灯。系统结构可能只包括其中的几个部分,这主要取决于光源及其不同的应用需求。 
     光伏发电照明系统主要有三种结构类型,包括独立系统、混合系统和并网系统。独立系统常见于居民区路灯、停车场标志灯和电网公共照明系统,它们通常需要电池,所以有很高的存储修复损耗和维护费用。并网系统不需要电池,但是它们要连接到电网上,并且当从光伏矩阵板中采集的太阳能不能满足于装置需求时,系统就会从电网吸取电能。在并网系统中为了将光伏矩阵板中输入能量和从公共网中输入能量混合,我们需要直流负载还是交流负载,是需要动力单元还是交流负荷中心,这些都取决于负载的种类。*好是当光伏矩阵板发出的能量超过需求时,一些并网系统能够将能量反馈到电网。混合系统将很多电力产品和储能元件结合起来,以此来满足能量需求,如将并网系统与备份电池相连。这样系统虽然复杂昂贵,但是可靠性却大大提高了,尤其是连接到公共电网的时候更是如此。 
3、限制太阳能能源应用的因素 
     太阳能发电技术原理简单、效率高,之所以未能在景观灯光中广泛应用,主要原因有以下几点:
  (1)太阳能电池体积过大。目前的景观灯光大部分都安装在居民楼体上,而安装太阳能光源需在楼顶安放几组太阳能电池,而这些电池运输、安装均不方便,*重要的是长期安装在顶楼,加大屋面承载荷载,容易造成屋顶漏雨、开裂等现象。
  (2)现有灯具不与太阳能电池相配套。据了解,现有各种楼体灯光装饰均以T8冷阴极灯具为主,辅以金卤灯进行照明,这些灯具每天耗电均在15~20kW。而太阳能光源却有专门的蓄电池,仅依靠一组设备不能满足其供电要求,还需安装备用电源。2003年,天津市曾在河西区滨水道8处楼宇上安装了太阳能照明设备,但是半年以后光照时间和光照强度就得不到保证了。这虽不能排除灯具线路老化的原因,但是太阳能电池不能持续供电也是其中重要因素之一。
  (3)太阳能整套设备一次性投入过大。太阳能设备虽然在节能节电方面效果显著,但是安装这套设备投入过大,与只安装灯具、铺设线缆相比多6万~7万元的资金。而部分单位看到前期投入过大就畏足不前,而且他们也对能否节省出投资存在怀疑。故而造成太阳能设备不能在公建单位推广应用。另外,由于这些设备安装需专业人员现场指导,也限制了其广泛推广。 
4 解决方法 
     太阳能电池技术经过50多年的发展,已经形成一个成熟的产业,并在多方面投入应用。为了更好地在景观照明中运用太阳能技术,笔者提出以下几点建议:
  (1)改进太阳能电池,使其结构更小巧,输出功率更高。太阳能电池作为一种新型能源,发展空间及潜力是巨大的。要研制出成功的太阳能电池,就要向小、巧、灵方面发展,彻底抛弃原有那种大、笨、死的模式。
  (2)研发新型光源,使其能耗降低,满足持久照明的需要。现在北京已有厂家研制出新型片装光源,耗电量每小时仅有0.5~1kW/m2,还有体积小、安装方便等优点,还可形成动感变化的图案,现已被选为北京2008奥运会楼宇照明材料之一。
  (3)加大宣传力度,做好科技引导。太阳能可以说是真正的绿色能源,要让人们知道需要政府大力宣传。从科技的**到投入应用,周期一般为10~12年,太阳能这项技术与景观照明相结合,可以为广大人民群众创造更广阔的明天。政府相关部门及企业应加大宣传力度,做好科技引导工作。
  (4)政府扶植。我国是能源消耗大国,每年在发展经济的同时也在耗费大量能源。太阳能作为一种新型能源,在节能方面有着优异的表现。为了更有效地利用它,政府应该对提出太阳能技术**方面的企业给予奖励,对生产太阳能灯具的企业给予扶植,对应用太阳能灯具的单位给予补贴,对宣传太阳能技术的媒体给予表彰。

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