目前已成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。本系统的工作原理是:由多片单晶硅太阳能光电池组合而成的电池板,经过太阳光的照射之后产生光电效应而发出直流电,再由系统中的电源转换器将直流电转换成一般电器所需的交流电,经由配电系统供照明、空调等系统使用,以及蓄电池储存电力,尚可提供防灾紧急用电需求。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合,与周围的自然环境整合,以期达到完美的协调。国内某铝板幕墙制造公司研制成功一种"太阳房",把发电、节能、环保、增值融于一房,成功地把光电技术与建筑技术结合起来,称为太阳能建筑系统(SPBS),已通过专家论证。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。
1 太阳能照明设备
太阳能照明设备主要由照明灯具、光源和控制系统组成。
太阳能照明灯具主要有太阳能草坪灯、庭院灯、景观灯和高杆灯等。这些灯具以太阳光为能源,白天充电,晚上使用,无需进行复杂昂贵的管线铺设,而且可以任意调整灯具的布局。其光源一般采用LED或直流节能灯,使用寿命较长,又为冷光源,对植物生长无害。太阳能亮化灯具是一个自动控制的工作系统,只要设定该系统的工作模式就能自动工作。控制模式一般分为光控方式和计时控制方式,一般采用光控或者光控与计时组合工作方式。在光照强度低于设定值时控制器启动灯点亮,同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。充电及开关过程可以由微电脑智能控制,自动开关,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费,免维护。
其中,太阳能景观灯外观设计大多采用金属与工程塑料相结合压铸成型,灯体可呈现出圆形、方形、几何图案等多种形状,仪态万千、风格迥异,或豪华典雅、或简洁明快。灯体颜色有白、红、绿、兰、紫、黄等,依次渐变或闪烁。天黑后系统自动启动亮灯装置,一眼望去,灯体发出均匀柔和的光线,几种颜色跳跃渐变,整个城市的夜晚在一瞬间律动起来。而太阳能高杆灯一般杆高8~13米,照明功率50W~130W,有效照明面积可达几百平方。夜幕降临,霓虹闪烁、流光溢彩、分外妖娆。
2 太阳能照明成本分析
近年来我国太阳能电池的生产能力猛增,其产品价格也由“七五”初期的80元/瓦,下降到目前的40元/瓦以下。使得推广使用太阳能光伏应用产品的价格瓶颈得到基本解决,不再因太阳能光伏产品的高价而制约其产品的推广,使可望不可及变为迅速普及。预计到本世纪二三十年代,太阳能发电成本有可能降低到常规电价的水平。
采用太阳能灯光亮化工程,每年可节省大量的资金,既亮化了城市,又生态地发展了城市,并充分地利用了能源,是目前世界上最合理的发展方向。
以20层高层住宅的太阳能楼梯走道灯为例:一次性成本每平方米约为10元,使用寿命约为15年以上;与采用自带蓄电池的应急灯相比,其一次性成本相差无几,太阳能照明寿命更长,还节省了电费。
再以太阳能庭院灯为例:每盏3000~4000元,比普通庭院灯大约贵一倍,但是如算上电气管线、配电设施的投资再加上3~5年的电费和日常维护费,其成本也基本相当。
3 太阳能照明存在的问题
3. 1 太阳能光伏系统的效率
太阳能光伏系统的总效率由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。目前,太阳能电池的转换率只有17%左右,而控制器、蓄电池、逆变器的效率均远高于此,如逆变器的效率已达95%以上。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。
3. 2 太阳能电池的容量
目前太阳能电池还很难使用在主干道照明上。公路主干道的照明有较高的照度要求,就目前太阳能电池的转换效率和价格来讲,还不能够满足这个要求。但在不久的将来,随着技术水平的提高,太阳能照明在公路主干道上的应用将会普及开来。
3. 3 太阳能储能元件
太阳能电池的使用寿命在25年以上,普通蓄电池的使用寿命在2~3年,所以蓄电池是太阳能电力系统中最薄弱的环节。储能电容可以在一定程度上解决这个问题。储能电容的使用寿命可以达到10年以上,而且控制电路简单,但是昂贵的价格限制了它的应用,目前仅仅应用在部分交通信号灯和装饰灯上。随着技术和经济的发展,它将是一种最有希望成为和太阳能电池配套的理想储能元件。
3. 4 太阳能产品的质量
近年来,太阳能光伏技术发展很快,产品生产厂家如雨后春笋。但是,有些产品没有形成系列,质量参差不齐,甚至在光源的选择以及电路设计中存在许多缺陷,降低了产品的经济性和可靠性。同时,国家缺少相应的产品质量标准和检测系统,使太阳能光伏技术产业化受到影响。
4 结语
开发和利用太阳能是远有前景,近有实效的事业。推广太阳能光伏技术在照明中的应用是一个新的课题。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化,太阳能光伏技术的效率、性价比将得到迅速提高,它在各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动我国"绿色照明工程"的快速发展。 |