摘 要：本文针对基于太阳能光伏发电的LED路灯的研究，结合理论实践，在简要阐述目前我国太阳能LED路灯发展现状的基础上，分析了发展太阳能LED路灯中存在的疑虑，并提出了具体应用思路。研究结果表明，大力发展太阳能LED路灯既能满足晚间道路照明的需求，而且符合绿色、节能、低碳、环保的发展理念，值得大范围推广应用。
关键词：太阳能；光伏发电；LED路灯；太阳能电池
太阳能是一种清洁、可再生、绿色无污染的新能源，被广泛应用在发电、供暖等领域。随着我国社会经济的不断发展，无论是城市，还是村镇，对晚间路灯照明系统提出了更高的要求。但我国目前电力的储备量比较少，难以满足路灯照明系统持续稳定运行的需求。如果可良好的利用太阳能，必将行之有效的解决这一问题，基于此，开展基于太阳能光伏发电的LED路灯的研究就显得尤为必要。
1、目前我国太阳能LED路灯的发展现状
就我国目前各大领域用电现状而言，照明用电约占总用电量的20%~25%，其中15%为户外照明。据相关部门统计，截止2018年我国已经安装的路灯近3亿盏，普通路灯的功率为200瓦，如果每天照明10个小时，耗电量为2度，一年365天的耗电量为730度， 3亿盏就2190亿度电。以我国目前最大的三峡大坝水电工程而言，年发电量也只有847亿度。此外，在我国社会经济不断发展的背景下，路灯以每年2000多万盏的速度持续增加，约90%以上的路灯为高压钠灯，虽然发光效率比较大高，但寿命短，耗电量大，甚至含有汞等有毒金属，在不久的将来一定会被全部淘汰【1】。
在“十城万盏”计划的背景下，各大城市开始使用以交流电为主LED路灯，但发展状况并不理念，每年新增的LED灯只有年新增路灯的10%左右。太阳能LED路灯采用了太阳能板的功率是实际路灯的3~4倍，以最少的3倍进行计算，那么太阳能电板的装机容量也超过1200万千瓦，目前我国太阳总电池板的产量也达到这一数值，从中可以看出，我国太阳能LED路灯还有非常宽阔的发展前景。
2、目前我国发展太阳能LED路灯存在疑虑
2.1成本太高
LED路灯自身结构造价就比较高层，再加上太阳能技术的应用，其成本就更高。主要原因还是太阳能电池板的成本比较高，虽然随着科学技术的不断发展，太阳能单块电池板的成本逐年降低，但仍然很多城市难以支付。比如：目前太阳能电池板的单价为10月/瓦，对100瓦的太阳能LED路灯而言，通常需要约300Wp的太阳能电池板，则其成本为3000元，100瓦太阳能LED路灯，可完全取代250瓦高压钠灯。如果路灯每天开启10小时，则一天的耗电量为2.5度，一年356天，耗电量为912.5瓦，每度电按照0.8元计算，则年电费为730元，使用4年基本上就可以补偿太阳能电池板的成本。但事实并非如此，在使用太阳能LED路灯的成本并非仅仅体现在电费这一方面，电缆成本、深埋电缆、后期维护等都需要大量资金的支持。每盏太阳能LED路灯安装中，电缆成本约2250元，铺设成本大约450元，变压器升压的输配电和设备约3000元，总费用为5700元，还没有后期检查和维护的成本，这一费用远远超过了太阳能LED路灯的初始投资，使得很多城市在发展太阳能LED路灯时望而却步。
2.2阳光的限制
太阳能LED路灯运行的关键因素是阳光照射，针对阳光不够充足的地方就需要加大太阳能板的面积，普通地方100Wp的太阳能电池板即可满足要求，在阳光不充裕的地方可能需要500Wp的太阳能电池板，进一步提升了成本【2】。
2.3 蓄电池问题
目前绝大多数的太阳能LED路灯中采用了铅蓄电池，铅蓄电池的寿命普遍比较短，而且存在环境污染等问题。虽然寿命短的问题可以通过胶体铅蓄电池进行解决，但环境污染问题很难得到有效解决和处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然磷酸铁电池的充放电次数是普通铅蓄电池6~8倍，也不存在环境污染问题，但成本比较高，难以大范围推广应用。因此，在发展太阳能LED路灯中，如何解决蓄电池问题也是目前工作和研究的重中之重。
3、基于太阳能光伏发电的LED路灯设计思路
3.1外观整体设计
目前市面应用最广泛的太阳能LED路灯是整体式薄型太阳能路灯，具有外观时尚、感官轻薄等特性，主要厚度最薄的位置只有3mm，外形为流线型整体过度设计，将太阳能LED路灯最薄处和最厚处进行无缝连接，形成一个整体。在尾部设置了2000cm2的空间用以放置电池和相应的控制器，杆体为2个不同宽度的腔体造型彰显了路灯的层次感，外部可用喷塑漆进一步防腐和美化，符合现代化的发展和审美要求。
3.2 路灯主体和灯杆的连接设计
在太阳能LED路灯中设计中尾部设计成了圆弧抱箍形状，并在底部设置了5mm后的网状加强筋，大大提升了路灯的承重能力。在灯体尾部安装了弹簧结构的螺栓，把路灯灯具和50~80mm长的直径圆灯杆进行连接固定【3】。在具体安装过程中，只需要把灯具直接逃入灯杆中，再进行水平调节，拧紧螺栓即可，不但方便快捷，而且安全牢固。 两个压板之间的距离为160mm，可避免太阳能LED路灯在安装过程中因为操作失误而发生跌落伤人的风险。
3.3灯珠和透镜的设计
太阳能LED路灯主要安装在交通道路、小区、公园等不易拉电线的场所，为满足照明需求，太阳能LED路灯的光源功率不能低于20W，因此，灯珠可采用飞利浦5050M高效灯珠，透镜可选择达尔科TPⅡ-S透镜。每颗灯珠的功率为0.6W，光效在140lm/W左右，满足太阳能LED路灯设计要求，而且还能大幅度延长灯珠和透镜的选择的使用时间【4】。
3.4灯体材质和散热设计
在太阳能LED路灯设计中，灯体主体的材料为ADC12压铸铝合金，通过整体压铸而成，并且坚固耐用，此种设计具有如下优点：
第一，造型比较便捷，外观和结构更加个性、时尚，而且还具有良好的散热性能，通过试验研究表明，铝合金的热传导率在96W/m·℃左右，耐久性非常高，比较适合户外使用。
第二，性价比高，压铸完成后无需进行光洁度处理，强度和硬度都比较高，强度是普通砂型铸造的30倍左右，延伸率比较低，可保障产品尺寸的稳定性【5】。
3.5太阳能电池组件设计
在太阳能LED路灯中太阳能电池板为单晶硅太阳能板，太阳能的转换效率在15%左右，以18650电芯为磷酸铁锂电池为主，控制器支持MPPT和12V锂电池，具有很高的自动激活功能，开路电路小于40V，最大功率在100W左右，可满足太阳能LED路灯持续稳定性运行的需求。
结束语
综上所述，本文结合理论实践，研究了基于太阳能光伏发电的LED路灯，研究结果表明，随着我国社会经济的不断发展，对路灯提出了更高的要求，传统路灯照明在经济、管理、安装等方面都存在很多问题和难点，而太阳能LED路灯的发明和应用，为我国路灯照明事业发展提供了一个新的发展方向，符合目前我国绿色、环保、低碳、可持续发展理念的需求，值得大范围推广应用。
参考文献
[1]步祥.LED节能照明在市政路灯中的应用[J].居舍,2018(33):186-187.
[2]李卓.城市LED路灯远程监控系统研究[J].科学技术创新,2018(30):37-38.
[3]韦建波.一种整体式薄型太阳能LED路灯设计方案[J].企业科技与发展,2018(08):69-71+73.
[4]蒋婵静,罗志荣.基于AT89S52芯片的LED路灯控制系统的设计[J].照明工程学报,2018,29(03):86-88.
[5]刘希伟.太阳能LED路灯在南京江宁区自然村的应用分析[J].照明工程学报,2018,29(03):111-114.
论文作者:杨欣
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第07期
论文发表时间:2019/8/15
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