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1、发展太阳能 LED 路灯是我国光伏发电的关键一.人类对大气变暖带来严重的后果还无动于衷 大气逐渐变暖已经是不容争辩的事实，然而人们对它的严重性还是远远认识不足的。近 200 年来大气中的二氧化碳的浓度增加了 25%，使得地球平均温度上升了 0.5oC（图 1）。 图 1.200 年来全球平均气温的上升 而且进入上世纪 80 年代中叶以后，上升速度加快，这可以说主要是中国的贡献，因为中国已经是全球二氧化碳排放最多的国家。今后几十年内，二氧化碳的浓度倍增将引起地球平均温度上升 35 度，两极地区将会升高 10 度。温室效应将消耗 520的国民经济；北冰洋的冰层正在按每十年减少 8的速度消失，一年之
2、内就缩小 200 万平方公里，2040 年以后将会完全消失，北极熊也将要灭绝。而且还会使： 1）海平面上升 6 公尺；2050 年一些沿海城市（如纽约、上海）将会淹没 2）气候反常，海洋风暴增多； 3）土地干旱，沙漠化面积增大（北京将被沙漠化）； 4）地球上的病虫害增加； 5）冰冻亿年的病毒会激发出来 联合国秘书长在最近的讲话中指出：地球的温室效应已经威胁到人类的生存，其威胁程度不亚于恐怖主义，因为恐怖主义的威胁只限于特定国家和地区，如果不采取积极措施，温室效应将在不久以后就会影响到全球人类，而和国家无关。京都议定书规定，从到年期间，主要工业发达国家的温室气体排放量要在年的基础上平均减少，其中
3、欧盟将种温室气体的排放量削减，美国削减，日本削减。 最近在哥本哈根召开的国际气候会谈想要达成一个包括所有国家在内的国际协议来减少二氧化碳的排放，但是已经演变成为穷国和富国之争，穷国认为这是富国种下的因，却要穷国来吃这个苦果。实际上中国每年的二氧化碳和二氧化硫的排放量早在 2006 年就已经居世界第一位。我们过去一直争辩说你们发达国家已经排放了几百年，我们只不过最近几十年才开始大量排放。可是现在不是来讨论排放的权利问题，而是如何来拯救全世界和全人类的问题，更何况中国自己早已蒙受了极大的威胁和损失。中国 62%的城市二氧化硫日平均浓度超过国家三级标准，全国酸雨区面积已占国土面积的 30%，因酸雨和
4、二氧化硫污染造成的损失 1100 多亿元/年。每年都会发生冰冻灾害、台风灾害、旱灾甚至汶川抵制都有可能是大气变暖的结果。更不用说，今后很可能会发生的天津地区，上海地区和珠江三角洲的海水侵入了（珠三角已经发生了由海水侵入的饮水危机）。 二.太阳能是最好的可再生能源中国 70发电靠燃煤，排放大量二氧化碳和二氧化硫，是温室效应首要原因。所以彻底改变中国的能源结构是当务之急。所有人都知道，当今的可再生能源最重要的两种就是太阳能和风能，实际上风能也是一种太阳能，而且有很大的地区性和季节性，所以最基本的就是太阳能。太阳能是取之不尽用之不竭的最大的可再生能源，太阳光线照耀地球 40 分钟就相当于全球一年的能
5、源消费。美国已提出宏伟计划，到 2050 年使太阳能发电提供美国电力的 69%和其总能源（包括运输业）的 35%。如果风能、生物质能和地热能也被开发，则到2100 年可再生能源可提供美国电力和其它能源的 90%。2008 年美国的太阳能发电装机容量已经达到 35.7 万千瓦。近景目标中，到 2012 年可再生能源产量占发电比例将提高到 10。2012 年美国太阳能发电的装机容量会增加 1,600 万千瓦，是 2007 年全年增量的 5.8 倍。 中国国家发改委公布了可再生能源中长期发展规划，提出到 2010 年，光伏发电累计装机达到 30 万千瓦，只占前年火力发电的 0.05。2020 年达到
6、 180万千瓦，最近计划把 2020 年的产能计划提高到 2000 万千瓦，也只占前年火力发电的 3.6。中国太阳能发电设施的实际部署是 2009 年达到 350 兆瓦（35 万千瓦），占全球的 5%。但中国生产的太阳能电池板产量已经达到全球的 40%以上。也就是说中国生产的太阳能电池板的 86%都出口了。因为太阳能发电是一个新兴产业，而且目前还是一个亏本产业，所以不论中外，这还是一个属于计划经济的产业，还没有进入到市场经济。假如政府不订货，那就卖不出去。所以中国不是没有太阳能电池板产业，而是没有太阳能发电产业。是政府不肯买单。 不过，太阳能发电本来是一个亏本的产业，现在常规太阳能发电是 4
7、元/度，薄膜太阳能发电可以到 1 元/度。而且政府不去大力发展太阳能发电产业也是有他的苦衷。让我们来看一下问题出在哪里吧！ 三.中国很难按国外模式快速开展太阳能发电事业现在国外快速发展太阳能发电主要有两种模式，一是在沙漠地区建设大型太阳能发电站，二是大规模展开太阳能屋顶计划。然而这两种计划都不适合中国的国情。 1大型太阳能电站需要占很大地面，只能在沙漠地区，而中国的沙漠大多数远离大城市，不像美国的拉斯维加斯就在沙漠里，中国离开兰州最近的敦煌太阳能发电站也有好几百公里的距离，更不用说沿海的大城市了。 2大型太阳能电站需要极大的投资，例如最近在呼和浩特签订的另一个大型太阳能电站，总功率为 2 万千
8、瓦，投资 10 亿元，10 个月后于 2010 年完工。所以发改委计划的 30 万千瓦，就需要 150 亿投资。 3根本问题是大型太阳能电站的技术还不成熟，现在世界上最大的太阳能发电站也只有 4.6 万千瓦，其中还有一系列问题要解决。可以说目前的所有太阳能电站都只具有示范作用，而还没有具有大规模推广的经济价值。 另一个最为成功的德国太阳能屋顶计划，的确是发动群众来办太阳能发电的好方法。它的基本计划是这样的，由个人出资在自家屋顶上建造太阳能发电装置，所发出的电由国家高价收买全部输回电网，几年下来就可以收回全部成本。所以美国加州也提出了同样的太阳能屋顶计划。计划一旦完成，素有“阳光之州”称呼的加州
9、每年将获得万千瓦的清洁电能，同时将减少排放万吨温室气体，这相当于万辆汽车排出的废气。 但是中国就很难推动这种太阳能屋顶计划，这是因为中国有能力建造太阳能屋顶的中产阶级大多数居住在大城市高层公寓中，大多数没有自己的屋顶，少数更有钱的阶层，虽然有别墅，但也大多数不是长期居住在那里，不大可能去投资建造太阳能发电装置。至于农村虽然大多数农民都有自己的屋顶，但是顶多有能力建造自己的太阳能热水器，而不大有可能建造太阳能发电装置。 所以，也许这些原因可以解释，为什么中国无法大规模推广太阳能光伏发电。 四.太阳能 LED 路灯是一个举足轻重的大市场我们知道全球照明用电占全部用电的 20%，而其中的很大一部分又
10、是用在户外照明。中国也不例外。据统计中国已经安装的路灯大约有 2 亿盏之多。路灯的平均功率大约是 200 瓦，假定每天开启时间为 10 小时，那么每天就是 2 度电，365 天就是 730 度电，2 亿盏就是 1460 亿度电。而中国最大的水电站长江三峡水电站的 26 台机组完全投产以后每年的发电量才 847 亿度电。所以所有路灯所用电量大约为 2 个三峡电站的发电量。这决不是一个小数字。 更何况现在的路灯还在以每年 2000 万盏的速度增加。只是目前几乎 90%以上都是采用高压钠灯。虽然它的发光效率还是很高，但是它的寿命短，耗电大，色温低，显色性差，而且还含有汞等有毒物质，将来迟早要被淘汰。
11、 自从科技部提出了大力发展 LED 路灯的“十城万盏”计划以后。现在 LED路灯正在以如火如荼的速度高速发展。可惜的是，“十城万盏”中的 90%以上都还是采用交流电的 LED 路灯，或者说是改造现有高压钠灯为 LED 路灯。据保守估计，十城万盏计划的总数将会超过 200 万盏，但也只不过是每年新增路灯总数的十分之一而已。就像前面所说那样，假如每年新增的 2000 万盏都采用太阳能，那么其总功率将达到 400 万千瓦，其实还远不止此数，因为通常太阳能LED 路灯所采用的的太阳能板功率是实际路灯功率的 3-4 倍。假定为 3 倍，那么总的太阳能板的装机容量将会达到 1200 万千瓦。而中国 200
12、8 年太阳能电池板总产量为 178 万千瓦（1780 兆瓦）。还远远不能供给太阳能路灯的需要。由此可见太阳能 LED 路灯的市场，决不是一个可有可无的市场，而是一个举足轻重的大市场。 五.发展太阳能 LED 路灯的疑虑那么为什么现在还是没有在大规模发展太阳能 LED 路灯呢，普遍存在着几点疑虑： 1太阳能 LED 路灯的成本太高。本来 LED 路灯的成本就很高了，而太阳能LED 路灯的成本就更高了。这主要是因为太阳能电池板的成本过高的原因。实际上，太阳能电池板的单价正在逐年快速降低。例如，现在的单价大约为 10 元/瓦（目前实际为 12 元/瓦，不过明年就有可能降为 10 元/瓦，为计算简单起
13、见，假定为 10 元/瓦），大约是两年前的一半。对于一个 100 瓦的 LED 路灯，就算它需要 300Wp 的太阳能电池板，那么它的成本也只不过是 3000 元。而 100 瓦的LED 路灯大约可以取代 250 瓦的高压钠灯，250 瓦的路灯，假定每天开灯 10 小时，那么一天用电 2.5 度电，一年用电 912.5W。若以每度 0.8 元计，全年需交付电费 730 元。4 年下来，所省下的电费就可以补偿太阳能电池板的成本。实际上，情况还远非如此。太阳能 LED 路灯所节省的开支主要不是电费，而是电缆成本和埋电缆的施工费。就拿 10 公里（666 盏）交流电路灯来说，其电缆的成本就是 150
14、 万元，分摊到每一盏灯上就是 2252 元。还要加上埋电缆的铺设费用 30 万元，分摊到每一盏就是 450 元，因为每过一段距离电缆有压降而需要采用变压器升压的输配电等设备 200 万元，分摊到每一盏就是 3003 元，所有这些费用加起来就是 5705 元，还没有计算检查井 300 元/盏，等费用。所有这些加在一起，早就超过了太阳能 LED 路灯的初始投资，所以太阳能 LED 路灯所节省的电费完全是一种纯收益。 从上面的分析完全不用担心太阳能 LED 路灯的成本过高的问题。 2在大多数阳光不充足的地方需要加大太阳能板的面积，可能要采用 x5的太阳能板，就是 500Wp 的太阳能电池板，从而提高
15、了成本，降低了抗风力。 这的确是一个问题。然而并不是不能解决的问题。 一般的太阳能路灯的设计是考虑每晚要工作 10 小时以上所需的太阳能板功率。但是在绝大多数情况下，并不需要每晚照亮 10 个小时，在半夜和后半夜以后，过往的车辆行人都很少很少，在种情况下完全可以降低功率运行。过去在采用高压钠灯时，要任意改变钠灯的功率是很难做到的，而现在采用 LED 以后，改变功率和亮度是很容易做到的事，所以就可以采用一种称之为程序自动智能调亮的控制器来调亮。这种亮度调节完全是根据当地的交通流量的统计值来设定，通常在有些地区可以节省 70%的太阳能电池板的面积，所以是非常合情合理的一种智能调光方法。这种智能调光
16、控制器已经批量生产。 图 2.程序自动智能调光可以节省 70%的太阳能板面积 这样原来需要 500 瓦的太阳能电池板，现在只要 150 瓦就够了。有一家公司已经在上海市的崇明岛上安装了这种系统，采用 x2 的太阳能板，可以连续 7个阴雨天气而照常工作。 不仅如此，太阳能电池板的面积还可以进一步减小。那就是采用最大功率跟踪（MPPT）技术。我们知道，在不同的太阳照度下，太阳能电池具有不同的输出功率和输出电压特性，其典型的特性如图 3 所示。但是，在太阳能电池板直接向蓄电池充电时，太阳能电池板的电压必须高于蓄电池的电压（例如12V），显然，从图中可以看出，这时它的输出功率并不是最大。为了充分利用太阳能电池板的功率，在充电控制器中加进了一种称之为最大功率跟踪装置，它可以在任何（照度）时候，都可以工作在输出功率曲线的最大值上。这样，大约又可以得到 30%的好处，也就是说，太阳能电池板的面积又可以减小 30%，在前面的例子中，就只需要 105Wp 的太阳
