太陽能是 21 世紀的主要能源，是地球上最直接、最清潔的可再生能源。每天輻射到地球表面的太陽能中的能量相當于 2.5 億萬桶石油的能量。隨著全球資源的減少，基礎能源投資成本的增加，各種安全和污染問題增加。太陽能是一種取之不盡，用之不竭的安全環保新能源，受到能源企業的廣泛關注，研究人員開始對太陽能進行深入研究。在太陽能熱水器普及后，太陽能照明產品也開始走進大眾視野。目前，道路照明主要使用高效電光源和智能控制系統、高效電子設備和動力系統。道路照明需要消耗城市能源，如果在道路照明中使用太陽能，而不再消耗當地政府電網提供的電力，將會大大減少城市的電能消耗。應用太陽能 LED 路燈可節約投資，并且太陽能是一種綠色無污染的照明能源[2]。1  太陽能 LED 路燈概述1.1 太陽能 LED 路燈的結構太陽能 LED 路燈主要由太陽能電池組件、組件支架、光源和電控箱（內控）燈柱（含燈頭）等結構組成。太陽能 LED 路燈白天通過太陽能光伏電池的光電反應太陽能將轉換為電能，并儲存在蓄電池中，夜晚蓄電池可以通過電控箱驅動光源。太陽能 LED 路燈采用自動控制系統，只需設置系統的運行模式，太陽能 LED路燈就會自動工作。1.2 太陽能 LED 路燈的特點太陽能 LED 路燈不需要采用大體積的供電電池，也不需要鋪設復雜昂貴的管道，可靈活布置，擁有廣闊的應用空間，在我國很多城市都得到應用。在經濟發達地區，太陽能 LED 路燈的建設與城市建設逐漸一體化，其先應用在公益建筑，后來逐漸推廣到其他場所。現今，在高速公路、公園、車站等公共場都可以見到太陽能 LED 路燈的身影。太陽能 LED 路燈基本上利用太陽光照明，不受區域資源限制。太陽能路燈具有安全性和環保性[3]。2  普通照明路燈與太陽能 LED 路燈的對比

2.1 安裝施工

普通照明路燈安裝程序復雜。首先需要安裝電纜，然后進行大量基礎施工，如挖坑，建設暗管、內部線路和凹槽。一旦在安裝、調試、布線等環節出現問題，就需要進行大面積的重新施工。而且普通照明路燈對地形等的要求非常嚴格，人工和輔助材料成本高。相比之下，太陽能 LED 路燈可以輕松安裝，安裝太陽能路燈時，無須使用普通照明路燈復雜的安裝工藝，只需要鋪設水泥底座，然后用不銹鋼螺栓固定[4]。

2.2 保養維護作者簡介： 楊柏旺，男，碩士，工程師，研究方向為市政電氣工程。普通照明路燈通常需要進行保養和維護，  照明工程

保養和維護費用會逐年增加。太陽能 LED 路燈只能一次性使用 3 年，之后需要更換新路燈，省下的 3 年的投資、維護費用可用于抵消更換新路燈的費用。從長遠來看，太陽能 LED 路燈可以節約投資成本和維護費用，帶來長期利潤。

2.3 能源消耗

城區對照明亮度要求高，一般采用 250 W 鈉燈或 400 W 鈉燈，而使用 112 W 或 180 W 的太陽能 LED路燈也能滿足實際需要。相比普通照明路燈，太陽能LED 路燈耗電更少、成本更低、亮度適中，在城市建設中越來越普及，深受人們的歡迎[5]

。

3  太陽能 LED 路燈的使用限制

3.1 不適合密集城區

城市中有許多摩天大樓，它們會覆蓋太陽能電池，減少到達太陽能電池的光照。同時，城市的光照時間太短，難以控制聚光強度。城市中有很多車輛，而且樓體存在亮化，環境中光線過足，這會影響路燈控制器的調節。

3.2 不適合北方地區

冬天，北方地區大雪紛飛，積雪很厚，極容易覆蓋太陽能電池板，影響光電轉換率。如果雪很大，很容易損壞太陽能電池板。有以下兩種方法可以克服在北方地區使用太陽能 LED 路燈的限制[6]。（1）在太陽能 LED 路燈安裝發電機，在下雪天氣太陽能 LED 路燈可以利用發電機發電。這種方法成本高，初期投資高于普通照明路燈和太陽能 LED 路燈。（2）太陽能 LED 路燈可以利用風能補償太陽能。路燈可以同時使用風能和太陽能發電，二者可以在自然條件變化時相互補充。風能發電的工作原理是用風力帶動發電機轉動，將風能轉化為電能，可以給電池充電。太陽能發電的工作原理是利用光電效應將太陽能直接轉化為直流電，然后儲存在電池中備用。只要有風或太陽，太陽能 LED 路燈就可以繼續使用[7]。

3.3 路燈壽命有限

元件損耗、控制器損耗、逆變器損耗、電池損耗、線路損耗和季節性負荷損失會影響太陽能 LED 路燈的工作效率。其中，太陽能電池的狀況會隨晝夜、氣候變化而變化，并且太陽能電池表面的灰塵會影響其電能生產力。據估計，受到影響后，太陽能 LED 路燈的工作效率僅為之前的 30%。太陽能 LED 路燈的組成部分一旦受到雨、熱、紫外線等的傷害，或者污垢、灰塵等的影響，其使用壽命會縮短。需要隨時清潔太陽能 LED 路燈，避免太陽能電池板因過熱而損壞。

4  太陽能 LED 路燈的應用建議

4.1 加強整體規劃

從性能上看，太陽能 LED 路燈不能滿足高速公路主干道的照明需求，這是因為城市主干道空間大，應用太陽能 LED 路燈會導致照明能量損失變高。因此，在城市建設的照明設計和規劃階段，需要從整體上控制能源消耗。節能減排是重中之重，需要將節能減排貫穿于整個明設計和規劃階段，全面落實綠色環保理念和相關政策、標準，打造高效城市夜環境。在總體規劃中，需要控制路燈數量和位置，考慮政策、城市照明規劃，進行實地考察和規劃布局等[8]。

4.2 合理選用 LED 光源

目前，照明市場有高、中、低功率的 LED 燈具。功率和輸出比越高，LED 越亮，越適合用于路燈。LED 的功率和工作電流越大，產熱量越大，必須解決大功率 LED 的散熱問題，否則會降低太陽能 LED 路燈的工作效率，縮短太陽能 LED 路燈的使用壽命。在設計 LED 光源時，應選擇散熱系數較高的光源。使用LED 時，需要使用串聯方式，因為選擇并聯方式會產生大電流，功率增大，LED 驅動器的成本會大幅增加。

4.3 合理設計充電方式

白天，太陽能 LED 路燈的充電方式主要有高速電壓充電和恒壓充電兩種，路燈控制系統切換到充電模式，根據每次充電前的電壓水平選擇合適的充電方式。晚上，LED 路燈控制器切換到自動供電模式。需要及時檢測電池的存儲容量，防止電力損耗加大，導致電池損壞。電池監控主要采用電流發射方式，通過監控電流中載流子的變化來監控電流的變化。

4.4 使用智能管理系統

智能管理系統可以對太陽能 LED 路燈進行統一管理，使用計算機對城市照明和交通網絡信號進行信息化管理、維護、運營。智能管理系統可以用于城市道路電網系統管理，包括城市照明、交通、城市信號設施和城市交通設施管理，是全市照明的管理系統。在太陽能 LED 路燈的前期項目規劃階段，需要針對路燈位置等建設適當的數據庫，然后利用智能管理系統管理和優化照明設施，這可以大大降低隱性成本。太陽能 LED 路燈智能管理系統的結構如圖 1 所示。 照明工程   2023 年  第 2 期  總第 177 期  光源與照明

5  應用效益

太陽能 LED 路燈的成本通常為 1 000 元 /m，初期投資比較大，但不需要提供任何動力。傳統路燈通常是高壓鈉燈，采用高壓鈉燈進行道路照明，初期投資較小，但城市流量大，需要維護設備，并由市電網提供電力，后期維修成本較高。高壓鈉燈的使用壽命為 1 000h，太陽能 LED 路燈的使用壽命為 7 000 h，按每天 10 h 計算，太陽能 LED路燈可以使用 20 年，其使用壽命是傳統高壓鈉燈的 7 倍。用太陽能 LED 路燈時，需要更換電池 5 次（平均每 4 年 1 次），每 1 次的更換費用為 680 元，而高壓鈉燈需要更換電池 7 次，每 1 次的更換費用為 200 元。按每年 365 d 計算，相比高壓鈉燈，太陽能 LED路燈在 20 年內可節約 2 124 300 kW·h 的電力能源。

5.1 經濟效益

經計算，相比高壓鈉燈，太陽能 LED 路燈可節省電費 0.9 元 /（kW·h），1 年可節省電費 9.56 萬元，因此利用太陽能 LED 路燈可以提升經濟效益。如果考慮20 年的電價漲幅，以電價的平均漲幅計算，預計未來20 年的電價為 1.65 元 /（kW·h），利用太陽能 LED

路燈預計可節省電費約 3 551 萬元。如果不算太陽能LED 路燈的電池更換成本，太陽能 LED 路燈的投資成本為 206 000 萬元，僅需 1.18 年就可以與高壓鈉燈的投資成本持平。當路燈造價為 8 044 萬元時，不算投資成本（電池升級等費用），扣除手續費，使用 20 年

將實際節省 2 707 億元。

5.2 社會效益

節電量計算以煤為參考，據統計，每節省 1 kW·h 電，即可節約 0.36 kg 標準煤，同時可減少排放 272 kg碳塵、0.997 kg 二氧化碳、0.037 kg 二硫化物和 0.01 kg氮氧化物。以 20 年為參考，因節省 2 124 300 kW·h 電，計算得出，可節省 767.75 t 標準煤，減少排放 577.81 t碳塵、2 117.93 t 二氧化碳、63.73 t 二氧化硫和 31.86 t氮氧化物。

6  結束語

在綠色環保、節能減排、可持續發展等基本方針的引導下，綠色、環保、低碳的太陽能 LED 照明產業發展迅速。隨著太陽能 LED 路燈的運營經驗的積累和相關技術的不斷完善，傳統照明方式逐漸被淘汰，太陽能 LED 路燈的應用可以大大減少能量損失，保護環境。太陽能 LED 路燈的應用可以取得一定的社會效益和經濟效益。可持續發展的清潔可再生能源對于世界各國都越來越重要，常規清潔能源逐漸向可再生能源過渡。新型可再生能源，如風能和太陽能等的使用不會造成燃油、煙霧、灰燼等污染。特別是太陽能電池組件，使用壽命達 20 年以上，性能穩定、維護成本低，在未來的能源領域大有發展空間。

參 考 文 獻

[1]   方敏, 成迪. 太陽能LED路燈在老舊小區改造中的設計及應用[J]. 

照明工程學報, 2022, 33 (6) : 203-207.

[2]   張艷紅, 修強, 李強, 等. 基于物聯網的太陽能LED路燈智能照明

云控制系統的設計與研究[J]. 太陽能, 2022 (8) : 55-63.

[3]   李明霞, 段景曦. 太陽能LED路燈在城市道路照明中的應用研究

[J]. 光源與照明, 2021 (2) : 12-13.

[4]   彭建軍. 太陽能LED路燈系統的設計與應用[J]. 智能建筑與智慧

城市, 2021 (1) : 68-69, 80.

[5]   王穎. 太陽能LED路燈控制器設計[D]. 北京: 北京工業大學, 2019.

[6]   劉彬. LED路燈及其在市政道路照明中的應用與發展[J]. 光源與

照明, 2022 (1) : 29-31.

[7]   王婷, 薛河, 尹振坤, 等. 太陽能路燈結構系統的靜應力和模態分

析[J]. 中國科技論文, 2018, 13 (16) : 1921-1925.

[8]   代春燕, 袁建華, 張方虎, 等. 集中儲能式太陽能LED路燈系統設

計[J]. 電源技術, 2017, 41 (7) : 1042-1044.