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【行業動態】發展太陽能LED路燈是發展我國光伏發電的頭等大事
文:茅于海 來源:中國LED網 時間:2016-05-29 點擊:3032
. 人類對大氣變暖帶來嚴重的后果還無動于衷
大氣逐漸變暖已經是不容爭辯的事實,然而人們對它的嚴重性還是遠遠認識不足的。近200年來大氣中的二氧化碳的濃度增加了25%,使得地球平均溫度上升了0.5oC(圖1)。
1. 200年來全球平均氣溫的上升
而且進入上世紀80年代中葉以后,上升速度加快,這可以說主要是中國的貢獻,因為中國已經是全球二氧化碳排放最多的國家。今后幾十年內,二氧化碳的濃度倍增將引起地球平均溫度上升5度,兩極地區將會升高10度。溫室效應將消耗5%-20%的國民經濟;北冰洋的冰層正在按每十年減少8%的速度消失,一年之內就縮小200萬平方公里,2040年以后將會完全消失,北極熊也將要滅絕。而且還會使:
1)  海平面上升6公尺;2050年一些沿海城市(如紐約、上海)將會淹沒
2)  氣候反常,海洋風暴增多;
3)  土地干旱,沙漠化面積增大(北京將被沙漠化);
4)  地球上的病蟲害增加;
5)  冰凍億年的病毒會激發出來
 
聯合國秘書長在最近的講話中指出:地球的溫室效應已經威脅到人類的生存,其威脅程度不亞于恐怖主義,因為恐怖主義的威脅只限于特定國家和地區,如果不采取積極措施,溫室效應將在不久以后就會影響到全球人類,而和國家無關!毒┒甲h定書》規定,從2008到2012年期間,主要工業發達國家的溫室氣體排放量要在1990年的基礎上平均減少5.2%,其中歐盟將6種溫室氣體的排放量削減8%,美國削減7%,日本削減6%。
最近在哥本哈根召開的國際氣候會談想要達成一個包括所有國家在內的國際協議來減少二氧化碳的排放,但是已經演變成為窮國和富國之爭,窮國認為這是富國種下的因,卻要窮國來吃這個苦果。 實際上中國每年的二氧化碳和二氧化硫的排放量早在2006年就已經居世界第一位。我們過去一直爭辯說你們發達國家已經排放了幾百年,我們只不過最近幾十年才開始大量排放?墒乾F在不是來討論排放的權利問題,而是如何來拯救全世界和全人類的問題,更何況中國自己早已蒙受了極大的威脅和損失。中國62%的城市二氧化硫日平均濃度超過國家三級標準,全國酸雨區面積已占國土面積的30%,因酸雨和二氧化硫污染造成的損失1100多億元/年。 每年都會發生冰凍災害、臺風災害、旱災甚至汶川抵制都有可能是大氣變暖的結果。更不用說,今后很可能會發生的天津地區,上海地區和珠江三角洲的海水侵入了(珠江三角已經發生了由海水侵入的飲水危機)。
太陽能是最好的可再生能源
中國70%發電靠燃煤,排放大量二氧化碳和二氧化硫,是溫室效應首要原因。所以徹底改變中國的能源結構是當務之急。所有人都知道,當今的可再生能源最重要的兩種就是太陽能和風能,實際上風能也是一種太陽能,而且有很大的地區性和季節性,所以最基本的就是太陽能。太陽能是取之不盡用之不竭的最大的可再生能源,太陽光線照耀地球40分鐘就相當于全球一年的能源消費。
美國已提出宏偉計劃,到2050年使太陽能發電提供美國電力的69%和其總能源(包括運輸業)的35%。如果風能、生物質能和地熱能也被開發,則到2100年可再生能源可提供美國電力和其它能源的90%。2008年美國的太陽能發電裝機容量已經達到35.7萬千瓦。近景目標中,到2012年可再生能源產量占發電比例將提高到10%。2012年美國太陽能發電的裝機容量會增加1,600萬千瓦,是2007年全年增量的5.8倍。
中國國家發改委公布了可再生能源中長期發展規劃,提出到2010年,光伏發電累計裝機達到30萬千瓦,只占前年火力發電的0.05%。2020年達到180萬千瓦,最近計劃把2020年的產能計劃提高到2000萬千瓦,也只占前年火力發電的3.6%。中國太陽能發電設施的實際部署是2009年達到350兆瓦(35萬千瓦),占全球的5%。但中國生產的太陽能電池板產量已經達到全球的40%以上。也就是說中國生產的太陽能電池板的86%都出口了。因為太陽能發電是一個新興產業,而且目前還是一個虧本產業,所以不論中外,這還是一個屬于計劃經濟的產業,還沒有進入到市場經濟。假如政府不訂貨,那就賣不出去。所以中國不是沒有太陽能電池板產業,而是沒有太陽能發電產業。是政府不肯買單。
 
不過,太陽能發電本來是一個虧本的產業,現在常規太陽能發電是4/度,薄膜太陽能發電可以到1/度。而且政府不去大力發展太陽能發電產業也是有他的苦衷。讓我們來看一下問題出在哪里吧!
三,中國很難按國外模式快速開展太陽能發電事業
現在國外快速發展太陽能發電主要有兩種模式,一是在沙漠地區建設大型太陽能發電站,二是大規模展開太陽能屋頂計劃。然而這兩種計劃都不適合中國的國情。
1.  大型太陽能電站需要占很大地面,只能在沙漠地區,而中國的沙漠大多數遠離大城市,不像美國的拉斯維加斯就在沙漠里,中國離開蘭州最近的敦煌太陽能發電站也有好幾百公里的距離,更不用說沿海的大城市了。
2.  大型太陽能電站需要極大的投資,例如最近在呼和浩特簽訂的另一個大型太陽能電站,總功率為2萬千瓦,投資10億元,10個月后于2010年完工。所以發改委計劃的30萬千瓦,就需要150億投資。
3.  根本問題是大型太陽能電站的技術還不成熟,現在世界上最大的太陽能發電站也只有4.6萬千瓦,其中還有一系列問題要解決?梢哉f目前的所有太陽能電站都只具有示范作用,而還沒有具有大規模推廣的經濟價值。
另一個最為成功的德國太陽能屋頂計劃,的確是發動群眾來辦太陽能發電的好方法。它的基本計劃是這樣的,由個人出資在自家屋頂上建造太陽能發電裝置,所發出的電由國家高價收買全部輸回電網,幾年下來就可以收回全部成本。所以美國加州也提出了同樣的太陽能屋頂計劃。計劃一旦完成,素有“陽光之州”稱呼的加州每年將獲得300萬千瓦的清潔電能,同時將減少排放300萬噸溫室氣體,這相當于100萬輛汽車排出的廢氣。
 
但是中國就很難推動這種太陽能屋頂計劃,這是因為中國有能力建造太陽能屋頂的中產階級大多數居住在大城市高層公寓中,大多數沒有自己的屋頂,少數更有錢的階層,雖然有別墅,但也大多數不是長期居住在那里,不大可能去投資建造太陽能發電裝置。至于農村雖然大多數農民都有自己的屋頂,但是頂多有能力建造自己的太陽能熱水器,而不大有可能建造太陽能發電裝置。
 
所以,也許這些原因可以解釋,為什么中國無法大規模推廣太陽能光伏發電。
太陽能LED路燈是一個舉足輕重的大市場
我們知道全球照明用電占全部用電的20%,而其中的很大一部分又是用在戶外照明。中國也不例外。據統計中國已經安裝的路燈大約有2億盞之多。路燈的平均功率大約是200瓦,假定每天開啟時間為10小時,那么每天就是2度電,365天就是730度電,2億盞就是1460億度電。而中國最大的水電站長江三峽水電站的26臺機組完全投產以后每年的發電量才847億度電。所以所有路燈所用電量大約為2個三峽電站的發電量。這決不是一個小數字。
更何況現在的路燈還在以每年2000萬盞的速度增加。只是目前幾乎90%以上都是采用高壓鈉燈。雖然它的發光效率還是很高,但是它的壽命短,耗電大,色溫低,顯色性差,而且還含有汞等有毒物質,將來遲早要被淘汰。
自從科技部提出了大力發展LED路燈的“十城萬盞”計劃以后,F在LED路燈正在以如火如荼的速度高速發展?上У氖,“十城萬盞”中的90%以上都還是采用交流電的LED路燈,或者說是改造現有高壓鈉燈為LED路燈。據保守估計,十城萬盞計劃的總數將會超過200萬盞,但也只不過是每年新增路燈總數的十分之一而已。就像前面所說那樣,假如每年新增的2000萬盞都采用太陽能,那么其總功率將達到400萬千瓦,其實還遠不止此數,因為通常太陽能LED路燈所采用的的太陽能板功率是實際路燈功率的3-4倍。假定為3倍,那么總的太陽能板的裝機容量將會達到1200萬千瓦。而中國2008年太陽能電池板總產量為178萬千瓦(1780兆瓦)。還遠遠不能供給太陽能路燈的需要。由此可見太陽能LED路燈的市場,決不是一個可有可無的市場,而是一個舉足輕重的大市場。
 
發展太陽能LED路燈的疑慮
那么為什么現在還是沒有在大規模發展太陽能LED路燈呢,普遍存在著幾點疑慮:
1.  太陽能LED路燈的成本太高。本來LED路燈的成本就很高了,而太陽能LED路燈的成本就更高了。這主要是因為太陽能電池板的成本過高的原因。實際上,太陽能電池板的單價正在逐年快速降低。例如,現在的單價大約為10/瓦(目前實際為12/瓦,不過明年就有可能降為10/瓦,為計算簡單起見,假定為10/瓦),大約是兩年前的一半。對于一個100瓦的LED路燈,就算它需要300Wp的太陽能電池板,那么它的成本也只不過是3000元。而100瓦的LED路燈大約可以取代250瓦的高壓鈉燈,250瓦的路燈,假定每天開燈10小時,那么一天用電2.5度電,一年用電912.5W。若以每度0.8元計,全年需交付電費730元。4年下來,所省下的電費就可以補償太陽能電池板的成本。實際上,情況還遠非如此。太陽能LED路燈所節省的開支主要不是電費,而是電纜成本和埋電纜的施工費。就拿10公里(666盞)交流電路燈來說,其電纜的成本就是150萬元,分攤到每一盞燈上就是2252元。還要加上埋電纜的鋪設費用30萬元,分攤到每一盞就是450元,因為每過一段距離電纜有壓降而需要采用變壓器升壓的輸配電等設備200萬元,分攤到每一盞就是3003元,所有這些費用加起來就是5705元,還沒有計算檢查井300/盞,等費用。所有這些加在一起,早就超過了太陽能LED路燈的初始投資,所以太陽能LED路燈所節省的電費完全是一種純收益。
從上面的分析完全不用擔心太陽能LED路燈的成本過高的問題。
 
2.  在大多數陽光不充足的地方需要加大太陽能板的面積,可能要采用x5的太陽能板,就是500Wp的太陽能電池板,從而提高了成本,降低了抗風力。
這的確是一個問題。然而并不是不能解決的問題。
一般的太陽能路燈的設計是考慮每晚要工作10小時以上所需的太陽能板功率。但是在絕大多數情況下,并不需要每晚照亮10個小時,在半夜和后半夜以后,過往的車輛行人都很少很少,在種情況下完全可以降低功率運行。過去在采用高壓鈉燈時,要任意改變鈉燈的功率是很難做到的,而現在采用LED以后,改變功率和亮度是很容易做到的事,所以就可以采用一種稱之為程序自動智能調亮的控制器來調亮。這種亮度調節完全是根據當地的交通流量的統計值來設定,通常在有些地區可以節省70%的太陽能電池板的面積,所以是非常合情合理的一種智能調光方法。這種智能調光控制器已經批量生產。
2.程序自動智能調光可以節省70%的太陽能板面積
這樣原來需要500瓦的太陽能電池板,現在只要150瓦就夠了。有一家公司已經在上海市的崇明島上安裝了這種系統,采用x2的太陽能板,可以連續7個陰雨天氣而照常工作。
 
不僅如此,太陽能電池板的面積還可以進一步減小。那就是采用最大功率跟蹤(MPPT)技術。我們知道,在不同的太陽照度下,太陽能電池具有不同的輸出功率和輸出電壓特性,其典型的特性如圖3所示。但是,在太陽能電池板直接向蓄電池充電時,太陽能電池板的電壓必須高于蓄電池的電壓(例如12V),顯然,從圖中可以看出,這時它的輸出功率并不是最大。為了充分利用太陽能電池板的功率,在充電控制器中加進了一

3. 不同太陽照度時,太陽能電池板的輸出功率和輸出電壓的關系
 
種稱之為最大功率跟蹤裝置,它可以在任何(照度)時候,都可以工作在輸出功率曲線的最大值上。這樣,大約又可以得到30%的好處,也就是說,太陽能電池板的面積又可以減小30%,在前面的例子中,就只需要105Wp的太陽能電池板,這就大大減小了太陽能電池板的尺寸,也提高了抗風力。更重要的是降低了成本,將其成本從5000元降低到了1050元。完全是可以接受的程度。
 
3.蓄電池的問題
目前大多數太陽能LED路燈系統都是采用鉛蓄電池,而一般的鉛蓄電池的確存在壽命短,對環境污染等問題。而壽命短的問題已經可以采用膠體鉛蓄電池或卷繞式鉛蓄電池解決。它們不僅使用安全,還有自放電小、耐深放電性,性能優良、循環使用壽命長、浮充電壓低、浮充電流小、可靠性高等優點。然而仍然存在鉛污染問題。最近磷酸鋰鐵電池有了很快的發展,它的充放電次數可達2000次以上,為普通鉛蓄電池的6倍以上。而且不存在環境污染問題,只是目前價格還比較貴,隨著大量采用,價格也會下降。
 
所以認為太陽能LED路燈成本太高、續航力差、抗風力差、電池壽命短已經是老概念了,現在的新技術完全解決了這些問題,也為高速發展太陽能LED路燈掃清了障礙。
 
大力發展太陽能LED路燈是一種符合中國國情的快速發展我國的可再生能源的大事,也是快速實現節能減排的頭等大事。而且這完全可以發動各級地方政府和各家從事太陽能LED路燈的企業來完成的工作。完全不需要像在建設三峽大壩時興師動眾,耗資幾千億,移民上百萬就可以輕松完成的事。這樣的多快好省的方法,我們何樂而不為?
 
 
 
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