常州城市太阳能照明系统的构建与研究

摘要：在充分研究常州光伏产业发展现状的基础上，分析了目前光伏产业发展的前景以及世界经济所处的现状。结合江苏省常州市目前的基础设施条件和未来的城市规划，提出并探讨了一个有利于促进光伏产业可持续发展，且节能环保的城市太阳能照明体系的构建思路。

关键词：光伏产业；太阳能；照明系统；城市建设

中图分类号：TN383 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）12-0077-04

0 引 言

传统能源日益紧缺引发了全世界的能源竞争，加快发展新能源已经成为世界各国的共识。太阳能分布广泛，可再生，太阳能的利用可以遏制人类对资源的过度开采，可为子孙保留一定资源财富。同时，太阳能无污染，可以解决火力发电的污染问题，有利于环境保护。在市场巨大需求的推动下，太阳能发展的速度远远超乎人们的想象，大规模的运用已经成为现实。

目前，世界经济环境尤其是欧美经济复苏缓慢，且对我国出口采用遏制措施，而常州市光伏企业的产品出口占比为17%，因此，在2012年光伏产业受到重大影响的情况下，对常州市的影响就非常直接。2012年，常州市光伏产品的出口额大幅下跌40%左右，这直接使常州市外贸出口下降了7个百分点，所以，大力发展光伏产业，拓展内需市场和应用，构建科学合理的城市太阳能照明系统，不仅是节能环保的需要，也是经济发展的需要，更是可持续发展的需要。

1 可行性条件

对于很多城市，尤其是江苏省常州市，构建城市太阳能照明体系还是现实可行的，因为常州市的政策扶持力度大，软硬件环境优越，建设成本渐减，这些都是不可或缺的条件。

1.1 太阳能优势明显

首先，太阳能可再生，永不枯竭，用之不尽，且环保无污染，属于绿色环保的资源；其次，采集太阳能的地理位置要求不高，而风力发电或火力发电的地理位置要求则比较高；第三，太阳能发电站建设所需的时间、空间和成本都比水电站要低；　另外，还有就是太阳能适用范围广，就算一般家庭，也可以利用太阳能发电。因此，世界各国为了更有效地开采和使用太阳能，都在不断地发展着太阳能光伏组件技术，尽可能地利用这个永不枯竭的能源。

1.2 政策扶持显著

国家先后出台了一些关于发展新能源的政策，其中《关于实施金太阳示范工程的通知》就重点支持用户侧并网光伏发电、大型并网光伏发电、独立光伏发电等示范项目建设，而且并网运行等光伏发电关键技术产业化和相关基础能力的建设，还可根据市场发展情况、技术先进程度等对各类示范项目予以补助。其中，对并网光伏发电项目，原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%予以补助；对偏远无电地区的独立光伏发电系统，则按总投资的70%予以补助；对光伏发电关键技术产业化和基础能力建设项目，主要通过贴息和补助的方式予以支持。

江苏省政府颁布了《江苏省“十二五”培育和发展战略性新兴产业规划》，并对照国家性规划，对比周边省市，结合本省实际，对不同区域确定了不同的发展方向。其中，常州发展的重点方向为智能制造装备和太阳能光伏产业。

1.3 适用场所众多

常州绿地较多，道路河流纵横，高层建筑林立，公共设施齐全，这些场所对照明强度要求不高，适合太阳能照明系统的构建与使用。

1.3.1 公园绿化逐年激增

常州先后新建了荷园、淹城森林公园、青枫公园、西林公园、紫荆公园等9个公园，扩建改建了红梅公园、新区中心公园、蔷薇湿地公园、东坡公园、圩墩公园等10个原有公园；除了公园之外，还新建了12个游园广场绿地、5个滨河绿地，扩建了3个游园广场绿地，市民熟悉的市民广场、西太湖绿地、青山广场、城铁北广场绿地等一大批绿地都是在近五年里新建起来的。截至目前，市区共有公园绿地64个，总面积达800多公顷，而且逐年激增。

1.3.2 园区院校数量庞大

常州包括光伏产业园、创意产业园、新北开发区、武进高新区等众多园区和各类教育单位以及大型行政机关等数量过百，这些地方白天需要电量较多，晚上需求少，非常适合太阳能供电的特点。、

1.3.3 河流道路交织纵横

常州河流道路众多，政府投入了大量的人力物力进行整治，河流两侧的亮化工程和路灯都非常适宜太阳能照明系统的使用。

1.3.4 高楼大厦日渐增多

由于土地的日趋紧张，高层建筑平地而起，日益增多，如果能够建设成为光伏一体化建筑，那么就可以节能环保，减少建筑物的温度，用电又可以自给自足。

1.4 技术资源丰富

常州市高校与科研机构林立。据调查统计：常州共有高校10所，其中重点本科2所，普通本科2所，专科6所，另有光伏产业园3个，园内聚集了众多的光伏生产企业和光伏研究机构。根据各院校人才培养的方案和目标，截止到目前，常州共有6所院校开设了光伏技术的有关专业。图1所示是常州市开设光伏专业的情况分析。

由图1可知，开设光伏材料加工类专业的只有1所专科，开设光伏产品应用类专业的有专科、本科和硕士三个层次的院校，分别有2所、2所和1所，开设应用设计类专业的有本科和硕士两个层次各1所，而开设研究开发类专业的只有博士层次的1所。

常州工业学院和常州天华新能源科技有限公司共建了1个国家新能源（光伏）技术管理人才重点培养基地和1个国家新能源（光伏）产业研发中心，而常州大学光伏材料与器件产业化制造技术博士人才培养项目已经成功通过评审，将为常州光伏产业培养更高级的研究开发类人才。

2 常州市的光伏产业分析

常州市构建太阳能照明体系优势明显，但是，技术是关键，经济是基础，环保是目标，成本问题也不可忽略。常州光伏企业众多，产业结构完整，示范工程效果显著，都为常州构建太阳能照明之城打下了坚实基础。

2.1 光伏产业集群化

一是光伏企业数量持续增多。据统计，目前，常州市光伏及相关企业150余家。二是产能规模不断扩大。截至2011年年底，天合光能组件产能达到2　GW，同比增长67%；亿晶光电和协鑫光伏硅片产能都达到1　GW以上，同比增长100%。三是产业配套逐步延伸。常州市拥有强大的光伏配套产业链，如光伏设备、光伏玻璃、电池组件封装用硅橡胶、接线盒及逆变器等产品。四是产品技术含量高，天龙光电的综合技术水平已达国际先进水平，亚玛顿的光伏玻璃透光率长期稳定在93.5%以上。

2.2 产业结构齐全合理

常州光伏产业主要分布在三大区域：天合光伏产业园集聚了天合光能、创大光伏、江南电力设备等企业，形成了一个分工明确、配套较全的一体化光伏产业园；金坛光伏产业园集聚了亿晶光电、天龙光电、晶晶光电等企业，形成百家争鸣的局面；武进低碳产业示范园汇聚了顺风光电、中弘光伏等企业，拥有除硅材料生产以外的完整产业链。

2.3 示范工程成效显著

目前，常州已建光伏示范项目14个，装机总量22.7　MW。其中，有5个光伏发电项目相继并网发电，分别是天合光能的2　MW金太阳工程，光大环保在武进低碳产业园区建设的3.5　MW光伏示范项目，常州优博新能源有限公司建设的3.1　MW光伏屋顶并网工程，亿晶光电厂内屋顶5.2　MW发电项目，正信电子厂内5.1　MW光伏屋顶发电项目。随着上网电价政策的颁布及企业应用意识的增强，常州市光伏应用将不断发展。

2.4 光伏产业增速明显

2011年，常州市光伏产业总销售额450亿元左右，约占全市新能源产业销售的80%。其中，规模以上光伏企业有37家，实现销售收入400亿元，同比增长约42%，是常州市新能源产业中发展最快的行业。其中，常州天合光能等十余家公司年销售收入都超过了10亿元，先后有亚玛顿、顺风光电、亿晶等5家公司成功上市。

3 光伏发电方案设计

综合目前的成功案例和常州的具体条件，提出光伏发电在常州的应用范围，并就各方案和方法的实现与所涉及到的技术问题展开讨论、设计与分析。

3.1 方案设计

3.1.1 并网发电型

并网发电型方案主要是光伏电站，如10　kW～50　MW独立光伏电站、风光互补电站等。该系统主要包括太阳能电池片、太阳能电池跟踪支架系统、逆变器等，图2所示是太阳能并网发电系统的基本结构框图。在建设光伏太阳能发电系统时，除了要完成各组成部分的建设工作，还要认真完成前期调研、工程设计、工程施工、入网调试等工作。

3.1.2 独立专用型

太阳能独立专用型发电系统的主要实现方法就是太阳能建筑一体化，也就是将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，这是未来发展的一个方向。常州的高层建筑、公园绿地、道路河流和公共设施都非常多，这些对强光要求不高，非常适合采用太阳能进行照明。小型独立专用型发电系统的组成结构如图3所示。

目前，德国、日本和印度等都在大力发展太阳能电池应用，开始实施“百万屋顶”等计划，这些都极大地推动了光伏市场的发展，前途十分光明。

3.1.3 一电多用余电入网型

一电多用余电入网型的太阳能发电系统主要包括跟踪系统、太阳能电池组件、充电器、蓄电池、配电柜、智能电表、用电设备和电网，图4所示是一电多用余电入网型太阳能发电系统的组成结构。其中，使用跟踪系统可以使电池组瞬时发电最大化。该系统除了为某些用电设备供电外，其系统充电器可以将多余的电充到蓄电池中，或接入国家电网，以备后用。

这种太阳能发电系统非常适用公园、校园、园区、居民区和公共设施等。

3.2 应用方案关键技术

城市太阳能照明系统中的最关键技术是充电技术和电路控制技术，以城市照明中的路灯为例，其充放电电路如图5所示。该电路包括12　V的太阳能电池板、充电电路和电流检测电路等几部分，可对6　V、2　A的蓄电池充电。

图6所示是太阳能路灯中LED驱动控制电路。白天，由于有光照，该太阳能路灯LED驱动电路中的太阳能电池板可将光能转换为电能，经隔离二极管D1对蓄电池充电。同时，Q3不导通，LED不发光。晚上，太阳能电池不发电，D1截止，蓄电池工作，Q3导通，驱动LED得电发光。

3.3 在线网络化监控

太阳能发电系统在使用的过程中会受到天气情况等因素的影响，所以在线监控是必不可少的。以路灯为例，在线监控网络分为上位机监控层、目标局域网路灯控制层和末支路灯执行层等三层模式，其流程图如图7所示。

当需要进行远程监控时，先输入目标局域网络的地址、端口号和硬件地址。当连接成功后，进行其它控制参数的设置。目标局域网接受路灯含有以太网通信模块的局域网控制器接收到的指令后，即进行命令解析以获得控制参数，同时将控制参数通过无线通信模块发送到本局域网内的其它末支路灯。各末支路灯接收到指令后，修改寄存器参数，从而改变工作状态，完成在线远程终端监控的操作。

太阳能照明系统涉及到的技术很多，除了上述几个外，还要考虑散热、发光强度、照明面积以及所需电池板面积等方面的技术。

4 建设方法与管理模式

城市太阳能照明系统可以考虑不同的建设模式和管理模式。大型的发电站如用于城市道路等，可以由政府主持和出资建设，建成后由国家电网统一运营和管理。中小型的发电系统，如工业园区、企事业单位等用电类型的发电系统可以采用由政府主持，经济上补贴，使用单位管理和政府监督的方式。对于小型的发电系统，则可以采用政府规范，单位建设，用户监督与管理的模式。逐步规范建设方法和管理模式，从而形成自下而上的发展模式，促进城市太阳能照明体系健康有序的发展。

为了减少人类能源的消耗，保护自然环境，发展和应用太阳能是必然之路。正如上海太阳能研究所所长所说，如果能够突破政策和技术方面的瓶颈，太阳能光伏产业必然前途无限。

首先是政策规范和扶持。制定关于光伏产业发展和应用为目标的中长期规划，如《关于实施金太阳示范工程的通知》一样，从法律上规定太阳能电力采购比例和重点用途。

其次，应鼓励民电上网。借鉴国内外经验，逐步启动和实施真正意义的“光伏建筑一体化”，将光伏建筑一体化太阳能发电落到实处。

第三，建立专项扶持资金，实施税费减免政策。如从国内电费中抽出一部分专用资金补贴到光伏产业中；贫困地区的光伏发电，政府和企业各出一部分，以成本价支持等。

第四，借鉴成功示范案例。借鉴发达国家和国内成功的示范案例，使普通建筑必须要和光伏产品相结合的经验，在发达地区实施公共设施、政府和事业单位的建筑必须采用光伏建筑一体化的刚性政策。

第五，扶持光伏高新企业，有效降低建设成本。对高纯度硅原材料产业和光伏照明配套企业进行政策和资金扶持，降低光伏电池成本，从而有效加快和降低光伏并网电站的成本和应用推广。

5 结 语

目前，太阳能城市照明系统的构建还不够系统化和规模化，存在一定的技术问题和成本问题，只能是个别使用，未能大面积推广，示范也只是局部，若能构成网络化管理，应用效果会更好。随着技术的发展和政策的不断完善，以及人类节能环保意识的不断增强，太阳能城市照明系统也会不断完善和改进，届时，必将形成一定的规模，并广泛应用。

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