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  六. 太阳能LED路灯的总体性能指标   图14. 间隔为35米的100瓦LED路灯（白色）和250瓦高压钠灯（黄色）在六车道道路上的实际比较，很明显LED路灯的照度要亮得多。   七. 太阳能LED路灯的经济核算     太阳能LED路灯的优越性是不容置疑的，然而它的经济性却一直受到质疑。原因是它的初始投资太大。其中最贵的是太阳能电池板，它的价钱大约为每瓦40元。而为了保证在连续3－5个阴雨天气还能正常工作，通常太阳能电池的功率要比LED消耗功率大2－3倍。所以，对于100瓦LED路灯，要求配备的太阳能电池大约是250瓦，所以其价钱大约在10，000元人民币左右。另一个价钱比较贵的就是LED灯头，现在LED本身的价钱远比高压钠灯贵，但是它是在逐年降低的过程中。铅蓄电池的单价大约只要几百元。整个太阳能路灯的造价大约在15,000元人民币左右。 对于野外的高速公路，地面的照度不一定要像在市区那么连续，所以各灯杆之间的距离可以取为66米。那么对于3公里路程就要架设46盏路灯，5公里需要架设76盏，10公里需要架设152 盏。假定普通高压钠灯路灯的灯头灯杆费用为每盏1500元，而每盏太阳能路灯和灯杆费用为15,000元。太阳能路灯要贵10倍。但是普通路灯需要电缆埋设，配电设备，检查井等的费用。而太阳能路灯完全没有这笔费用；而且普通路灯还有电费也是非常可观的。现在就以15年的维护费用来比较。在15年内10公里耗电208.05万元。太阳能路灯15年才要更换一次蓄电池，不到几万元。而且太阳能路灯的工作电压低，绝对不会发生触电事故。LED的寿命长，15年几乎不需要更换，一方面减少了维护费用，另一方面也降低了安全风险。所以是一种最高性价比的路灯。其他太阳能庭院灯和草坪灯虽然也有类似的优点，但是因为距离近，数量少，其优点不那么显著。       结束语     全球LED路灯市场达到14亿美元，美国在2008年将新增2000万盏LED路灯。中国在2006年具有1千五百万个路灯，并以每年20％的速度增长。也就是每年新增的路灯数也有300万盏。中国的路灯市场达到每年50亿人民币，其中LED路灯市场约40亿人民币。在2008年将新增50万盏LED路灯。而中国全国每年花在路灯的电费上就达到60亿人民币。假如全部改为太阳能LED路灯，就可以全部节省下来。而且，采用太阳能路灯还不能够只是从经济上来比较，它更重要的意义是绿色和环保。一盏高压钠灯它所等效的二氧化碳排放量为每年1290公斤。假如把中国现有的1500万盏高压钠灯全部用太阳能 LED路灯来替换，那么每年它所减少的二氧化碳排放量为1935万吨。太阳能路灯采用的是世界上最干净的能源，是取之不尽用之不竭的绿色能源，这是我们必须为之奋斗的事业！   太阳能LED路灯将能无可争议地取代高压钠灯（一） http://forum.esm-cn.com/BLOG_ARTICLE_1104.HTM    

  摘  要： 本文讨论了太阳能LED路灯和传统的高压钠灯在性能上和造价上的比较。目前在LED的光衰和稳定性方面尚有较多争议。因此本文重点介绍了提高LED的长期寿命（光衰）和短期发光稳定性的方法。前者主要靠采用热管来改善其散热。后者则主要靠采用恒流驱动芯片。采用以上措施以后，太阳能LED路灯将能无可争议地取代高压钠灯。 作者简介：茅于海，现任上海龙茂微电子总经理。E-mail: yuhai.mao@poweranalog.com. 我国的光电子产业近年来的发展速度很快，每年以30－40％的速度增长，但目前仅占全球市场的5％，估计到2010年将占全球市场的10％。另外，我国的LED产业也发展极其迅速。中国高亮度白光GaN类的LED产量年增长率达到59％，2006年产量为72亿个。市场规模为90亿元。预计2010年产量将达到200亿个，超过日本，成为世界上第二大生产国。所以，这两者相结合，将使我国在这个领域走在世界的前列。只是有点遗憾的是，我国的太阳能电池板有95％都是出口，而只有5％是内销。而我国的发电70％以上都是由燃煤的火力发电厂产生的。看来关键还是从政府到老百姓都还缺乏环保的概念。   一. 中国的太阳能资源 中国的太阳能资源是十分丰富的(图1)。 图1. 我国的太阳能资源     由图中可见，我国的东南沿海地区是比较差的，但平均日辐射量也可以达到每平方米3.2-3.8KW，也已经足够一个家庭的供电了。而2/3以上国土年总日照量5GJ/M2，理论储量相当于1.7万亿吨标准煤。太阳能资源丰富地区包括：青藏高原、西北地区、华北地区、东北大部、云南、广东、海南地区,年平均日照时间2200小时。北京地区一年日照约2300小时。现在很多德国家庭都已经开始在屋顶上安装太阳能电池板以供应整个家庭的用电，而德国一般城市年平均日照只有1600小时，可见德国公民对环保意识的浓厚。   二. LED路灯和高压钠灯的比较 太阳能最简单的应用是产生热水，其次是发电。而发电的一个很重要的应用是照明,中国的照明用电占全部电能耗费的12％。但大型的太阳能发电厂的建厂成本很高，而且大功率太阳能电池板要占用很大的无遮挡面积，所以太阳能照明最好的实现方法是和发光器件结合在一起，构成独立的照明装置。目前，最有前景的是太阳能路灯，太阳能庭院灯，太阳能草坪灯，太阳能信号灯，和太阳能航标灯等。其中尤以太阳能LED路灯的经济价值最高。因为普通的路灯需要铺设很长的输电线路，而且随着距离的增加，电压会逐渐降低，过一定距离还要用变压器升压。其电源线路的铺设要投入很高的费用。而太阳能路灯则不然。因为每一根路灯杆都是独立的，不需要铺设输电线路，这就大大降低了架设的费用。而且LED的发光效率远高于白织灯，虽然从数字上比不过高压钠灯(高压钠灯的发光效率为132流明/瓦，而LED只有90流明/瓦)，但是LED的发展潜力很大。表1是各种灯具的发光效率的比较。 高压钠灯的光谱比较集中于黄色，它的色温比较低只有2000－2500oK，而LED的色温较高，可以达到3500－4500oK以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的，有很大一部分光无法到达路面。还有，高压钠灯的显色指数差，只有20到40，感觉昏暗；而LED的显色指数高，可以达到75－80。所以路面明亮，感觉舒适。所以从实际的发光效果来看，LED反而可以比高压钠灯高出很多。100W的LED可以取代250W的高压钠灯，或300W的水银灯。100W的LED，其输出光通量大约只有6250流明（经过二次光学设计，会有所损失），到达路面时的流明数仍为6000流明，而路面的平均照度可以达到16Lux（12m高杆）。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30－40Lux，由于显色系数的差别，LED的照度修正系数为2.35倍，高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以100W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux，而高压钠灯的修正后的照度为28.2-37.6。二者相当。所以，100W的LED可以取代250W的高压钠灯，LED可以节能2.5倍。 另外，LED的寿命长，不需要经常更换。高压钠灯设计寿命2万小时，由于受电压变化及高启动电流的影响，实际寿命在2年以下。所以其实际寿命通常只有4000小时，假定每天工作10小时，只能工作400天，一年多一点就要更换；而大功率LED的寿命为50,000小时，假定每天工作10小时，13.7年才需要更换。这就大大节省了维护费用。         三. 太阳能灯具的构成     不管是那一种太阳能灯具，它都是由5个部分组成，第一是太阳能电池，第二是蓄电池第三是它的控制装置，第四是LED的驱动芯片，第五个是LED本身。通常太阳能电池板挂在高杆上，充放电控制器和铅蓄电池放在地面的控制箱内，驱动芯片和LED都装在灯头里。其示意图如图3所示。其中充放电工控制器只能控制对蓄电池的充电和放电的过程和定时（或光控）向LED供电，而并不能稳定其输出电压。     四. LED灯头 4.1 LED的选择     因为目前LED的发光效率还是比较低，大约有85％的电能都转化为热能。所以发热很高。为了能够分散这些热量，不宜采用功率过大的LED。以目前的工艺来看，以1W的LED比较成熟。对于100W的LED灯头，需要采用100个1W的LED。这时大约有85W的热能要散发掉。LED的性价比是每美元的流明数。一方面希望它的发光效率高，也就是每瓦的流明数要高，目前，最高可以达到85－100流明/瓦。另一方面，希望它的价钱要便宜。1W的LED，批量购买时的最低价约为1美元一个。 4.2 二次光学设计     由于目前所有LED都带有小型透镜，而使其光束集中在80度左右的角度范围内，为了使得路面的照度能够宽阔均匀，通常都要进行二次光学设计。二次光学设计可以有很多方法，但是其最终的目的是一样的，就是要求能够使得路面的照度均匀。最理想的是三角型的照度曲线，但是实际上是无法实现的，因此，对于能够实现的照度曲线通常称为蝙蝠翼型（图4）。 4.3 LED灯头的散热     LED的效率还是比较低的，大约只有15％左右。也就是有85％的电能都转化为热能。而这些热能如果散不出去，就会反过来影响了LED的性能。最严重的是影响到LED的寿命。它的具体表现就是结温的上升。   虽然随着LED的效率逐年提高，这个问题会逐渐缓解，但是从目前的情况来说，还是需要尽可能做好散热措施。可以这样说，现在LED路灯表现出来的很多问题都是由不完善的散热所引起的。 目前最普通的做法就是采用尽可能大的铝制散热器。这虽然可以解决一些问题，但是这个方法会带来散热效果和重量之间的矛盾。为了散热效果好，就必须采用非常重大的散热器。而其效果还不尽人意。现在最新的方法是采用“回路热管”技术。这种方法可以在非常好的散热效果的同时还能够保持很轻的重量。     图8. 回路热管改造原理 采用了回路热管散热技术可以把LED的结温降低到65℃，这就大大地提高了LED灯具的使用寿命。经过了3年实际测试表明，在每天工作12小时，其光衰小于3％。预计在工作十年以后，其光衰只有20％。这就基本上解决了寿命的问题。   五. LED的恒流驱动 作为一种光源，LED的最大缺点就是它的发光不稳定，很容易受到电压温度的影响。而且，它对电压和温度的灵敏度还很高。所以一定要采用恒流驱动，来克服它的发光不稳定。 5.1 电压不稳所引起的发光不稳     在太阳能路灯中，主要采用铅蓄电池来储存太阳能。但是，有不少设计人员在设计中略去了恒流驱动，以为铅蓄电池的输出电压足够稳定，而不需要再采用恒流驱动就可以直接驱动LED，这种想法是错误的。 不论哪一种蓄电池它的输出电压都会随着放电而逐渐降低，在整个放电过程中，其输出电压的变化高达20％左右。如果将其直接对LED加电，会使LED的亮度产生很大的变化。现以铅蓄电池为例，它的放电曲线如图9所示。 假定初始的电压为3.4V，这时的正向电流为350mA。假如电压降低到3.1V（10％），这时的电流就不到100mA,降低了将近3.5倍。 而LED的发光亮度是直接和其正向电流有关的。同一厂家的同一1瓦 LED，其相对发光强度和正向电流的关系曲线如图11所示。   LED的温度系数通常为负的，也就是当温度升高时（T1－T2），伏安特性向左移动。其值大约是-2mV/℃，那么当其结温增加50度时，其正向电压就会降低0.1V。假如用恒压电源供电时，其正向电流就会增加。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA，但此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。 而且当温度变化时，LED的发光光谱也会发生变化。通常是向波长长的方向漂移。大约是每升高10oC时漂移1nm，升高50度会产生5nm的变化。所以一定要保持其正向电流恒定。 5.3采用恒流驱动IC来稳定LED的正向电流 从LED的电压特性和温度特性中，可以得出结论，一定要采用一个集成电路来控制LED的电流使其不论在电池电压降低或是环境温度升高时都能保持正向电流恒定。PAM2842就是这样一种芯片。这颗芯片可以从低到5V高到28V的输入电源电压范围内，驱动10颗串联的3W LED。它的最高输出电压可以达到40V，而最大输出电流可以达到1.75A。但是总的输出功率不能大于30W。而且输入电压可以任意从5V变到28V，都能保持LED的电流不变。 其应用电路如图13所示。     图13. PAM2842的实际应用电路 LED的电流由串联的电流采样电阻来决定,PAM2842只要求其反馈电压为0.1V，串联电阻的阻值就可以根据所要求的正向电流来设定。假如对3W的LED要求其正向电流为700mA，则其阻值就是0.142Ω。其损耗为0.07W，对效率的影响基本上可以忽略不计。另外二极管D1必须采用低压降、大电流的肖特基二极管，以减小功耗。电感需要采用高饱和电流，低DCR的电感。此外，PAM2842的工作频率可以有三种选择：500kHz,1MHz,1.6MHz。为了降低其开关损耗，建议选择500kHz开关频率。此时可以把Fsel端接地。PAM2842具有很好的恒流特性。当输入电压从12V降低到10V时，LED中的电流只变化不到3％。这样就可以保证LED的亮度基本上不变。芯片内部具有过压保护电路(OVP)，所以假如有一个LED开路，芯片的升压会被限制住不至于过高，保护芯片本身不至于损坏。但是由于所有LED为串联，有一颗LED开路，当然会导致所有LED不亮。但是，假如有一颗LED短路，这时候，由于有恒流环控制，所以芯片会自动降低其输出电压，而保持流过LED的电流不变，因此不影响其他LED的工作。 因为PAM2842在这里是作为升压芯片来应用的，所以在要求的升压比比较高时，其效率就比较低。举例来说，假如输入电压是24V，升压至40V，其效率可达95％以上。而假如输入电压为12V，仍然要求升压至40V，这时候其效率就只有91％左右。因为大多数太阳能路灯系统所采用的蓄电池是12V的，为了在12V时还能得到95％的效率，可以把10颗LED二极管分成两串，每一串为5颗LED串联，这样就只要求升压至20V以下，可以提高效率至95％。而且如果一个LED开路，顶多影响一串5个LED，而不至于影响另一串5个LED的工作。这时候，两串LED共用一个LED电流采样电阻，因为电流增加一倍，变成1.4A，所以电流采样电阻阻值也应当减小一倍，变成0.07欧姆。或者，只将其中的一串LED的电流进行采样，而另一串的LED就直接接地，这样就只能对其中一串的LED电流进行恒流控制。这两种做法各有优缺点。两串并联时，所控制的是两串电流之和。所以，假如两串的LED伏安特性有所区别时，这两串的LED的电流就会有所不同。除了电流采样电阻以外，限压电阻R3和R4的值也需要作相应的调整。只要根据Vout=1.2*(1+R3/R4)的公式加以调整就可以。 现在还有很多人采用1W的LED， 因为它比较成熟，散热也容易处理。我们也可以利用PAM2842来驱动3串10个1W的LED。总的输出功率大约是30W。只是对于1W的LED，它的驱动电流是350mA，所以三串并联以后的总电流加大到1.05A，要比一串10个3W的LED大很多。可以有两个办法解决。一个是改成两串10个1W，这样其电流是0.7A，和1串10个3瓦的一样。采样电阻仍然是0.142欧姆。还有一个办法，是把3串10个1瓦的总电流减少为0.9A。这样每一串的电流仍然可以有300mA，对于其亮度影响不大，总功率也没有超过30W。当然，也可以连成四串，每串5个1W的LED，总数为20个，甚至是连成5串，每串5个1W的LED。以减少由于某一串中的LED开路，所引起不亮的LED个数。这时采样电阻就要根据电流值来调整。但是不建议使用6串5个1W的LED架构，因为其实际的输出电流过大，已经超过了芯片的允许值。各种不同架构时所相应的电流采样电阻和输出限压电阻的值如表3所示。 表3  各种不同架构时的电流采样电阻和输出限压电阻的阻值 架构     1串10个3W    2串5个3W    2串10个1W    4串5个1W    5串5个1W 输出功率    23.1W    23.1W             23.1W           23.1W        28.8W 电流     0.7A             1.4A                0.7A              1.4A           1.75A R1       0.142Ω         0.07Ω           0.142Ω           0.07Ω         0.06Ω R3       360KΩ         180KΩ           360KΩ             180KΩ       180KΩ R4       12KΩ            12KΩ            12KΩ               12KΩ          12KΩ PAM2842不只限于太阳能路灯中。而且也可以用于任何直流电源（12-24V）供电的LED照明系统，或是采用开关电源将交流变成直流输出的系统中。例如在很多应用中，出于安全的考虑，通常都是采用低压直流电源。例如水下照明，或是用户有可能接触到的地方。 一般性的开关稳压电源，通常只能提供稳压输出，而不能保证LED恒流。所以，当温度变化时，LED的电流就有可能变化。所有这些，都还是需要有像PAM2842这样的专为LED驱动用的恒流驱动芯片，才能保证LED灯具的性能。PAM2842是目前同类内置大功率MOSFET恒流驱动芯片中，输出功率最大的。（待续）     太阳能LED路灯将能无可争议地取代高压钠灯（二） http://forum.esm-cn.com/BLOG_ARTICLE_1105.HTM  

五．太阳能LED路灯的市场有多大？ 据有关方面估计中国现有路灯总数大约在一亿盏（也有估计为2亿盏）以上，并以每年20%的速度增长，假如这一亿盏路灯可以折合成为6000万盏 250瓦的路灯，再假定这6000万盏路灯全部改成太阳能LED路灯，那么总共可以节约1500万千瓦的功率。假定每盏路灯每天工作12小时，在1年内将 节约657亿度电。而三峡水电站在2007年的发电总量为616.03亿度电。因此把全国的路灯全部改为太阳能路灯后所节省的电量将超过一个三峡水电站一 年的发电量。这是一个极其惊人的数字。要知道三峡工程总投资超过1800亿元，再加上输配电工程的400多亿总共超过2200亿投资。而且还有一百多万的 移民问题，再加上对于生态环境很多不可预测的问题，…。   那么，中国的太阳能LED路灯的市场容量有多大呢？据台湾光学产业技术发展联合会预计全球LED路灯的市场规模2008年将达到10.4亿美元，中 国市场占大约5.6亿美元，中国2008年新建的LED路灯数量将会达到50万个。预计2009年全球LED路灯将由今年的90万盏，大幅攀升到210万 盏，渗透率将超过1%。2010年全球LED路灯市场规模则将成长到440万盏，渗透率将倍数提升到2%以上。按照过去的增长速度，假定中国2009年仍 然增加20%以上，至少达到60万盏。如果原来采用的高压钠灯每盏耗电250瓦，那么总耗电达15万千瓦，改成太阳能路灯以后不但这些电能都将节省下来， 而且还能发出相当数量的太阳能电能。假定LED路灯只要100瓦每盏，所需的太阳能电池板大约为4倍的功率，也就是400瓦。60万盏就需要24万千瓦的 太阳能电池板。就已经远远超出现在的太阳能电池板的全部用量。   其实，中国的整个路灯市场的规模极大，仅2007年就安装了1700万盏。当然，其中大部分为普通交流电高压钠灯,而不是太阳能LED路灯。假如 2009年的全部路灯安装数目可以达到2000万盏，而且全部改用太阳能LED路灯，那么所需的太阳能电池板的总功率将达到800万千瓦。而发改委提出的 到2020年才180万千瓦的任务，明年2009年就可以超额4.4倍完成。而且三年下来，它的总功率将超过2400万千瓦，远远超过花费18年造成的三 峡水电站的总装机容量（2250万千瓦）。   更重要的是发展太阳能LED路灯完全不需要政府集中如此巨大的人力、物力、财力，更不需要移民上百万，也不存在生态环境方面的忧虑，而只要发动各级 地方政府的力量就可以完成。而且这并不需要追加各级政府的投入，因为这些路灯本来就在计划之中，只不过是把原来的高压钠灯改为太阳能LED路灯而已。     六．太阳能LED路灯和传统高压钠灯路灯的比较 那么剩下的问题只有一个，就是太阳能LED路灯在性价比上和传统的高压钠灯比较又如何呢？可以说太阳能LED路灯有以下几方面的优点：   １．太阳能LED路灯采用的是清洁的可再生能源，相比于传统的高压钠灯可以减少二氧化碳排放量。假如2009年的2000万盏路灯全部改用太阳能LED路灯以后，可以减少2580万吨二氧化碳的排放，相当于103亿美元二氧化碳减排成本。   ２．传统的交流电供电路灯的最大问题是要铺设输配电电缆，增加了宝贵的铜资源的消耗。需要挖沟，破坏路面。而且这些路灯电缆还是不法分子最理想的偷窃目标。而架设太阳能路灯就十分简单，就好像种一棵大一点的树一样，挖一个坑，埋上就好。   ３．交流电供电要比太阳能供电效率低15％，也就是说要得到同样的输出功率，采用交流电就要多输入15％的电功率。而且还有功率因素的问题，如果不加补偿，更会引起电网的无功功率增加。   ４．太阳能LED路灯的最大优点就是完全不需要交电费。一盏250瓦的高压钠灯每年的电费大约在766元左右。2000万盏路灯的电费一项支出就是153.3亿元人民币。   ５．普通高压钠灯的寿命只有3000－5000小时，而LED的寿命可达30000－50000小时，而且随着技术的进步，LED的寿命完全有可能高达10万小时。   当然太阳能LED路灯也是有一些问题和缺点： １．在一些日照不足的地方，必须加大太阳能电池板的面积和蓄电池的容量。在风力比较大的地方，加大太阳能电池板的面积会降低它的抗风能力，但可以采用风光互补的LED路灯。   ２．太阳能电池板的造价，现在还比较高，大约在20元/瓦左右，是太阳能LED路灯的主要成本开支。然而太阳能电池板的单价正在急剧降低，多晶硅的 价格在08年达到最高峰，大约为470美元/公斤。然而它现在正在以惊人的速度跌落，估计用不了一两年，它就会跌落到原来的40美元/公斤。薄膜太阳能电 池的单价很快就会降低到7元/瓦，也就是比现在低3倍。   其实，中国现在面临的问题是多晶硅生产过剩的问题，工信部已经为此发出警告，现在中国的多晶硅规划中的产能已经达到17.7万吨，相当于2007年 全球产量的4.72倍和中国现有产量的88倍。2008年中国已经有1.8万吨的产能，实际生产约2000吨，而国内消费约8000吨（主要是进口原材料 制成太阳能电池板后出口）。   最近美国硅谷的NanoSolar 公司更推出了一种可以印刷的称之为“PowerSheet”的薄膜太阳能电池，他是用一种“太阳能墨水”印刷到一层像铝箔一样薄的金属薄膜上而形成太阳能 电池。它可以在一分钟的时间里“印刷”出几百米长的太阳能电池。它的每瓦制造成本不到0.3美元。是过去的1/10。他们的工厂在2008年投产以后，每 年可以生产出430兆瓦的太阳能电池板。所以中国的多晶硅和太阳能电池板都将很快面临生产过剩。必须为这些过剩的太阳能电池板寻找出路。而太阳能LED路 灯看来是最佳的选择。   那么究竟太阳能LED路灯和普通高压钠灯的架设费用比较如何呢？   现在有很多专家在比较二者的造价时往往只拿单个灯杆来比较，这是很不合理的。即使加上电缆的成本也是不合理的。因为采用交流电的高压钠灯路灯还应该 包括施工费用。根据江苏省某市的预算，所有费用平均分摊到每一个交流电高压钠灯路灯的费用为1.5万元左右。如果采用太阳能LED路灯的话，每一盏太阳能 LED路灯即使按照现在太阳能电池板的价格计算，也用不了那么多钱，大约在1.2万元就够了。所以就拿架设路灯的费用来说，太阳能LED路灯就已经要比传 统的高压钠灯路灯要便宜很多。更重要的是太阳能路灯完全没有电费的支出，每盏250瓦的路灯每年大约要节省750元电费，10公里大约需要666盏路灯， 每年就能节省50万元的电费。所以无论在架设成本、常年维护以及营运费用几个方面，太阳能LED路灯的优越性都是交流电高压钠灯路灯所无法比拟的。   由此可见，采用太阳能LED路灯决不是一件无足轻重的小事，而是涉及到我国能源政策的大事，涉及到我国能不能在短时间内快速发展太阳能的利用问题。 发展太阳能LED路灯以后只要一年时间就可以实现800万千瓦的绿色可再生能源，三年下来就是相当于建造了一个新的绿色三峡水电站。就可以使我们的可再生 能源增加到4%以上。这是在最短期间内加速改变我国能源结构的最为有效的短平快而多快好省的做法。而且这完全可以要求各级地方人民政府来完成，不需要由中 央政府出面组织像三峡那样的浩大工程，而却能实现更好的效果，这是何乐而不为呢？     发展太阳能LED路灯是我国利用太阳能的捷径（一） （THE END）  

      　自从国际油价飙升以来，人们才开始认识到原来作为能源的重要来源的石油也会有枯竭的时候。最近虽然油价又暴跌，但是过去的阴影仍然无法抹去，再加上索马里海盗在最近轻而易举地劫持了31万吨的天狼星超级油轮，更使人感受到这个能源管路的脆弱。虽然中国不是靠燃油发电，但是每年也要进口3.5亿吨之多。    一． 中国的能源结构 更大的问题是中国的能源结构不合理（见下表）。 煤炭 石油 水力 天然气 核能 70％ 21％ 5％ 3％ 1％ 中国的能源70％以上都是依靠煤炭。煤炭加上石油占90％以上。而这两种能源再加上天然气都是产生二氧化碳的罪魁祸首。所以中国的二氧化碳排放量早在2006年已经超过美国成为全球第一。中国的排放量为62亿公吨，其中的5亿5000万公吨来自水泥。而美国的排放量为58亿公吨，而其中的5000万公吨来自水泥。虽然核能不产生二氧化碳，但是它不是可再生能源，也有枯竭的时候。虽然水力是可再生能源，但是中国的河流大多数夹杂有大量的泥砂，过去已经有黄河三门峡的经验教训，现在的长江三峡还前途未卜，而且水电可开发的量是有限的。甚至就拿中国蕴藏量最大的煤炭来说，也是十分有限的，到本世纪末也会开采完毕。那时候，所有的火电厂都要关门大吉。 在所有的能源中唯一的取之不尽用之不竭的只有太阳能。   二．中国的太阳能 由于中国的地理位置，中国拥有非常可观的太阳能源。全国各地的年太阳辐射总量为3340-8400 MJ/m2，中值为5852 MJ/m2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区。而长江流流域及四川、贵州等东、中部地区的太阳能资源条件较差，年太阳辐射总量在5000 MJ/m2以下。   三．中国是太阳能电池板生产的巨人，使用的侏儒 中国在太阳能电池板的生产方面占全球第一位，预计中国在2008年的太阳能电池的产能将达到2吉瓦，也就是2百万千瓦。占全世界的太阳能电池板产量 的27.5%，居世界第一。然而，中国自己的装机容量还是少得可怜。目前中国的太阳能发电只有8万千瓦左右，只占总发电量的0.01％。也就是说，中国生 产的太阳能电池板95％都出口了，而留给自己用的只有5％。而德国的地理位置相当于中国的哈尔滨到漠河的纬度，其太阳能只相当于最差的第五类。而德国在 2007年的发电量就已经达到270万千瓦，占全球太阳能发电量的55%，，2008年还要增加20%，稳居世界第一。而且如果从占发电总量的比例来看， 那就相差更远了。德国的太阳能发电占总发电量的比例现在已经达到了14%。可见德国政府重视的程度。   中国虽然也在规划增加可再生能源的投入，包括太阳能在内。但是所规划的数量和增速都少得可怜：   下面是中国的十一五规划： 技术类别 规划目标（万千瓦） 重点地区 1. 小型光伏发电 10 西藏、甘肃、内蒙古、宁夏、**、 城市屋顶系统和大型标志性建筑 5 北京、上海、广东、江苏、山东 光伏大型电站 5 石林、拉萨、敦煌和鄂尔多斯 2. 边远地区供电 15 西藏、青海、甘肃、**、云南、四川 3. 太阳能热发电 5 内蒙古 合计 30万千瓦   也就是中国要到2010年所有的太阳能发电一共才只有30万千瓦。还不到2008年所生产的太阳能电池板的六份之一。发改委还提出要到2020年，太阳能发电量只有180万千瓦，也还没有达到2008年全年生产的太阳能电池板的总量。   为什么会出现这样的情况呢？显然这并不是因为中国在技术上落后，其根本原因是：进出口方面，完全是市场经济的法则在支配，国外有这方面的需求，有市场，所以就能出口，而在国内则完全是由计划经济所支配，国家不定货，就没有市场。这也是中国太阳能发电事业落后的症结所在。     四．发展太阳能发电的途径 其实可以说，在国外很多资本主义国家的太阳能发电也完全是由政府在主导，也是计划经济。只不过他们非常重视太阳能发电而已。他们发展太阳能发电主要有两种途径，或者说两个市场。   １．建立大型的太阳能发电站。 然而要建立大型发电站必须考虑地点问题，最理想的地点是沙漠地区，而这个沙漠还必须靠近大城市。所以中国的第一个大型太阳能发电站计划建造在甘肃的敦煌地 区，以供给甘肃兰州地区的工业需电。即使这样，敦煌离开兰州还有几百公里的输电距离。太阳能发电是低压直流，还要变成高压交流或高压直流来远距离输电，它 也还有一系列的输配电技术问题要解决。而且就这样一个小型的太阳能发电站（10万千瓦）还要投资7亿6千万美元。所以这只能是一种示范工程，而决不是一种 可以在中国全面推广的途径。   ２．采用德国和美国加州的屋顶计划。这是一种发动群众的好方法，基本上是由个人投资，国家补贴。但是，因为国外的大多数人（尤其是中产阶级）都是居 住在有自有屋顶的住家中，而中国的居住在城里的中产阶级大多数都是居住在没有自己屋顶的公寓中。只有少数高收入阶层有可能有自己的别墅，不过也是度假用。 而且中国的大多数中产阶级虽然有能力投资一个几千元的太阳能热水器，但是要投资一个几万元太阳能发电站还是要考虑考虑的。更重要的是2000年，德国议会 通过了《可再生能源法》，并于2004年进行了修订，实行购电补偿法，根据不同的太阳能发电形式，政府给予为期20年，0.45-0.62欧元/度（相当 于5元人民币）的补贴，这一额度几乎相当于一般火力发电价格的10倍。而中国政府没有这种补贴。虽然农村居民大多数人有自己的屋顶，但是他们的经济实力更 本不可能去自行投资太阳能电站，而顶多少数富裕的蒙古包会去建立这种可移动的发电设备。这也许仍然需要政府的支助。虽然上海也提出了10万个太阳能屋顶计 划，但是，看样子也只能是政府行为，而不大可能是由个人投资。而且也许用的并不是真正的居民屋顶，因为可能在上海找不到那么多可用的屋顶。   所以看来这两种途径都不适合于中国的国情，也许这就是为什么中国在太阳能发电上相当保守规划的原因。所以中国必须找出适合于中国国情又能快速普及的途径来。   在中国最有希望快速普及的可能就是太阳能LED路灯工程了。因为首先它不需要大型场地，而且是“自产自销”，它不需要远距离输配电，甚至连逆变器也不需要，因为LED也是只要低压直流供电的。问题主要在于这个市场的规模有多大，效益如何？     继续阅读： 发展太阳能LED路灯是我国利用太阳能的捷径（二）  

现在可能已经很少有人怀疑LED路灯相对于高压钠灯路灯的优越性。然而遗憾的是目前大多数的LED路灯仍然采用交流电供电，一方面是交流电路灯的技术已经是十分成熟，而太阳能路灯还有很多不确定因素，另一方面主要的考虑仍然是太阳能的初始投资过大，从而忽略了太阳能供电的很多根本优越性。   人所周知太阳能最重要的一个优点是它是一种取之不尽用之不竭、最清洁的可再生能源！它可以真正解决地球变暖的问题！它将最终取代所有的能源！   然而真正要用太阳能来取代一切能源还是一个长期而艰难的任务，虽然太阳能无处不在，然而它的采集需要一定的照射面积。显然沙漠是最理想的地点，但是长距离的输配电将会消耗大量的昂贵铜材，只有紧邻沙漠的大城市才有试用的价值。而在一般人烟密集地区的大城市是很难找到这样一个空旷开阔的地点的。农村则受到经济条件的限制，不大可能现在就大面积推广。任何新生事物最好先从小打小闹开始，而且采用“自产自销”的方法，路灯就是一个最好的最先采用太阳能的试点工程。而且，节能和减排一样，必须先由政府倡导，甚至像德国那样采用政府补贴的方法来推广。幸好路灯工程本来就是政府工程，是由政府来进行招投标的。所以政府的决策人士一定要认识清楚，LED路灯是肯定要取代高压钠灯的，同时，太阳能LED路灯也是一定要取代交流电LED路灯的。   1. 所有路灯改为太阳能路灯可以节省一个三峡水电站的发电量 LED路灯比高压钠灯要节能，早已为人们所认识。不过可能还缺乏一些定量的概念。现在公认100瓦的LED路灯可以取代250瓦的高压钠灯，所以可以简单地认为，每一盏LED路灯可以节约150瓦电。   然而，如果改成用太阳能供电的话，那么连这100W的电也能节省下来，也就是说，每盏路灯可以节省250瓦电。据有关方面估计，中国现有路灯总数大约在一亿盏以上，并以每年20%的速度增长，2008年就新增路灯2000万盏。假如这一亿盏路灯可以折合成为6000万盏250瓦的路灯，再假定这6000万盏路灯全部改成太阳能LED路灯，那么总共可以节约1500万千瓦的功率。假定每盏路灯每天工作12小时，在1年内将节约657亿度电。而三峡水电站在2007年的发电总量为616.03亿度电。因此把全国的路灯全部改为太阳能路灯后所节省的电量将超过一个三峡水电站一年的发电量。这是一个极其惊人的数字。   不仅如此，太阳能是一种清洁的可再生能源，它不仅节约了电能，而且减少了二氧化碳的排放量。每一盏250瓦的高压钠灯在一年之内将会产生1290公斤的二氧化碳，所以6000万盏路灯全部改成太阳能路灯以后，将可以减少7740万吨二氧化碳。所以改成太阳能以后，不但节省了电费，而且还节约了二氧化碳的减量成本。每吨二氧化碳的减量成本为345-404美元。减少7740万吨二氧化碳就相当于节省了310亿美元的二氧化碳减量成本！   前面的数字只是LED路灯和高压钠灯的比较。对于同为100W的LED路灯，采用交流电和采用太阳能的节能比较，只需要把上面的数据除以2.5就可以得到。也就是说，6000万盏的100瓦LED路灯，假如全部采用太阳能供电的话，可以比全部采用交流电供电时节省262.8亿度电，而二氧化碳的减排成本为124亿美元。   2 ．交流电供电时的效率将会比太阳能供电时的效率低 15% 因为采用交流电供电时必须采用开关电源将其变为直流。一般开关电源的效率大约在80%左右。所以对于100W的LED路灯，其交流输入功率就大约需要120W（下面的比较表中就采用120W）。而采用太阳能供电时只要采用DC/DC恒流源，其效率高达95%。因此合计后采用交流电的总效率约低15%。所以上述的数字还应该增加15%。   3 ．交流供电还有功率因素问题 在比较低档的开关电源中没有采用功率因素的补偿，大量采用以后，将会引起电网的总体效率降低。   4 ．采用交流供电的最大问题是使整个灯具的寿命降低 因为交流电必须经过整流滤波才能变成直流电，因而所有开关电源中都必须采用电解电容来滤波。人所周知，电解电容的寿命是很低的，一般的电解电容寿命只有1000小时，长寿命的电解电容寿命也只有10,000小时。而且，周围环境温度每升高10度，寿命就降低一半。在大功率LED路灯的灯具中温升是很高的，所以电解电容的寿命也就更短了。而通常对LED路灯的寿命要求为5万小时以上。整个灯具的寿命必然会受到电解电容寿命短的拖累。可以认为过去很多低质量LED路灯的很快失效，除了因为没有处理好LED本身的散热问题而加速其光衰以外，交流电源中的电解电容失效也是一个重要的因素。而太阳能供电的系统中是没有电解电容的。所以其恒流源的寿命可以保证和LED的寿命相匹配。   5 ．太阳能电池供电的 LED 路灯的总体成本要比交流供电的 LED 路灯系统的总体成本低很多。 虽然太阳能路灯的初次安装成本要高，但是交流供电的电缆铺设成本和长期的电费支出就远远高出太阳能系统。   下面我们来做一个详细分析。   （1）两种系统的LED灯头和灯杆成本是大体相同的，主要差别是太阳能电池板。通常太阳能电池板的功率大约是LED灯具功率的3倍。如果LED为100瓦，那么就要求使用300瓦的太阳能电池板。目前太阳能电池板的价钱已经降低到23元/瓦，300瓦就是6900元。此外，太阳能系统还需要蓄电池，但是其成本相当于交流供电中的开关电源成本。所以二者可以抵消。所以灯具本身成本的差别主要是太阳能电池板。   （2）交流供电LED路灯在初次安装时的最大支出是电缆的铺设。   一般人以为主要就是电缆本身的成本，但是除了电缆本身外，它的铺设、辅助设施（检查井、配电设备）等，要比电缆本身贵很多。现在假定以10公里长的道路为例，每隔30米一盏,对面放置,一共需要666盏LED路灯，如果采用太阳能路灯的话，五年内就可以回收成本还可以节省43万元，五年以后每年的电费就可以节省122万元 费用名称 10 公里（ 666 盏） 交流供电 LED路灯 太阳能 LED 路灯 太阳能电池板费用 ( 元 )   4,595,400 电缆费用 ( 元 ) 150x10,000米=1,500,000 0 PE波纹管 25x10,000米=250,000 0 电缆铺设费用 300元/10米，300,000 0 检查井 300元/盏，199,800 0 配电设备 3000元/盏，1,998,000 0 5年的电费 ( 元 ) 120Wx12x365=525,525度x0.7元/度=367.9元/年，367.9x666x5年=1,225,107 0 变压器费用 ( 元 ) 6台100KVA变压器，6x15300=91,800 无 五年维护费用 ( 元 ) （更换蓄电池）   666x800=532,800 合计 ( 元 ) 5,564,707 5,128,200 太阳能LED路灯五年所节省费用 ( 元 ) 436,507 6 ．交流电路灯电缆是被偷窃的最好目标 这已经不是什么耸人听闻的新闻了，网上到处都可以见到路灯电缆被盗的报道，武汉市仅长丰大道一条路从2005年投入运行至今已经被盗电缆三万六千余米。杭州全市共1900公里路灯电缆，已经被盗140公里，甚至上海内环线高架和沪宁高速的路灯电缆也都被盗。连北京的五环路上的路灯电缆也经常被盗。可见这种事并不是仅仅发生在穷乡僻壤的边远地区，而是到处都发生的常事。可能是因为路灯电缆电压比较低，电流比较大，电缆比较粗，含铜量比较大的原因。这在选用交流供电时这是一个必须要考虑的重要问题。   7 ．交流供电的安全性是一个隐患 除了对偷电缆和电器的小偷造成人身安全的隐患以外，对于附近农民挖土也会造成一定的安全隐患。   8 ．交流供电对于设备安全也会存在问题 交流电是联网运行的，由于雷击等原因网上会经常出现高压浪涌，这对设备的安全也造成一定的威胁。   而太阳能LED路灯则完全没有上述的缺点，其构成十分简单只有五个部分构成： 而且它的安装十分简单，只要做一个水泥基座，立起灯杆，安上地脚螺钉就可以了，尤其是不用麻烦电力系统的人员来设计安装和施工，挖地沟、铺设电缆、挖检查井、安装变压器，… 。这是一个非常重要的优点。   太阳能路灯的一个唯一的问题就是太阳能电池板的造价问题，然而目前它的价格正在以惊人的速度降低。就在2008年，它已经降价1/3。它的最主要的原料多晶硅的价格已经从2007年的每公斤300美元，降低到2008年的200美元，预计到2009年多晶硅的价格将会降低到每公斤100美元。尤其是中国的多晶硅的产量正在快速成长，在建的33个项目全部投产以后，其产量将达到14万6千余吨，而目前国内需求只有8000吨，因此如何扩大内需是当务之急。大力发展太阳能LED路灯无疑是一个最好的途径。   综上所述，路灯采用太阳能是有百利而无一弊。何乐而不为？