III第1章緒論1.1課題背景及研究意義隨著世界工業化進程的快速推進,傳統能源的總量持續地下降，全球的生態環境受到了嚴重的破壞,眾多綠色環保的新能源技術應運而生。太陽能具有高度的清潔性和安全性、能源充足、壽命長等傳統能源所不具備的優點，太陽能發電技術在近幾年的發展尤為迅猛,并且間接地帶動了相關應產業的快速發展。而太陽能路燈照明技術則具有直觀的能源表現形式和巨大的經濟效益前景,目前，太陽能路燈以其安全、節能環保等優勢在眾多新能源產品中脫穎而出，成為了照明行業的新寵REF_Ref23820\r\h[1]。傳統的路燈安裝過程復雜、安裝調試周期長，需要的人工及輔材成本非常高，其運行維護成本高昂且逐年遞增。此外，傳統路燈屬低壓的交流電源供電，若出現人為破壞、材料老化、供電故障等情況，會造成較大的安全隱患。而太陽能路燈安裝簡捷，它不需要鋪設電纜，也不需要市電，其主要能量來自于太陽，能源十分充足，更重要的是，太陽能路燈是由超低壓直流供電,電壓穩定且運行可靠,有著極高的安全性。通過分析太陽能路燈安裝的便捷性,一次投資長期受益的經濟性以及其高度的安全、環保等特點,證實了太陽能路燈系統在國家經濟建設、生活環境改善方面的重要研究和應用價值,印證了太陽能路燈系統實施的可行性和必要性。同時，通過對太陽能路燈經濟指標的分析，可以直觀有效地提升了民眾對太陽能路燈的了解和認可度,促進國家對新能源的開發和利用,改善環境的同時帶動城鄉的科技文化進步,經濟水平的發展。1.2國內外研究現狀近年來,我國的太陽能路燈產業的發展越來越快,我國太陽能發電組件的生產力量也在逐漸加強。隨著國內節能環保節能意識的加強,國內太陽能路燈的安裝量不斷增加，僅2018年全國就安裝了497.2萬盞太陽能路燈。而從太陽能路燈的市場規模上看，中國在2018年對太陽能電池板的投入規模達到10.3億元,對太陽能路燈光源的投入規模達到4.45億元,對蓄電池、控制器及其他組件規模投入達到33.98億元,市場投入總規模超過了48億元，預計到2025年我國太陽能路燈市場規模可達到70億元。根據《智能型LED太陽能路燈控制系統》，全國年平均太陽輻射強度在3340-8400MJ/平方米之間，平均水平為5852MJ/平方米REF_Ref24192\r\h[2]。根據前瞻的測算，如果以4米及8米的路燈為例,用太陽能路燈替換傳統路燈后4米及8米的路燈每年節省的電量可以達到2190千瓦時,每年可以節省電費1511元。太陽能路燈的能量來源是太陽，是一種綠色的可再生能源，因此與普通的高壓鈉燈相比，使用太陽能路燈可以很大程度地降低我國二氧化碳的排放量。根據《路燈使用現狀,基本計算》中的數據，如果把我國2000萬盞的傳統市電路燈都替換成太陽能LED路燈，那么全國二氧化碳的排放量將會降低2580萬噸，相當于為我國減少了103億美元的二氧化碳減排成本REF_Ref24835\r\h[3]。太陽能路燈的初始投資成本略高于傳統路燈,但是傳統路燈每年的運行維護成本卻遠高于太陽能路燈。綜合來說，太陽能路燈的建設是一次性的投資，使用壽命長且不消耗市電，節能環保同時也可以帶來巨大的經濟效益。在路燈的使用壽命方面，通過調查了解到，傳統市電路燈燈具的使用壽命一般都小于6000小時，而LED燈具的平均使用壽命卻可以達到50000小時,其使用壽命是傳統路燈燈具使用壽命的數倍;太陽能路燈燈桿一般是由Q235鋼材卷桿而成,路燈燈桿的表面都會按照GB/T13912-92標準進行熱鍍鋅處理,防銹防腐能力極強,可以輕松達到十幾年的防銹效果;而太陽能路燈的電池板主要采用單晶硅、多晶硅、絨面玻璃、3M背板封裝材料等技術,目前的太陽能電池板的壽命可以達到20年以上;現有的控制器采用串聯式PWM充電，減少了電池的電壓損耗，延長了電池的使用時間，同時采用了智能化控制系統進一步延長了電池的使用壽命，目前的控制器的智能控制系統可以正常運行10年左右;最新的成果—儲能型膠體蓄電池,其密封程度非常高，該技術能有效地減緩活性材料的脫銹，電極板硫酸鹽化等問題，極大地提高了蓄電池的使用壽命。在實際使用中，低于38AH的蓄電池設備可以使用2-5年，38-150AH的蓄電池設備可以使用3-7年。控制器和蓄電池是太陽能路燈能夠正常運行的重要的因素，它們的使用壽命會極大地影響太陽能路燈使用壽命,也是中國太陽能路燈行業發展和改進的重要部分。總體而言，太陽能路燈的使用壽命要遠遠高于常規照明設備,因此也大大減少了高額的后期運行和維護成本。1.3本文主要研究內容與結構太陽能路燈不受地理條件的制約，施工和安裝都極為便捷，不消耗市電,綠色節能,經濟效益高。本文從安裝、費用、安全、環保、壽命等方面出發，對離網型太陽能供電的路燈系統的主要經濟指標進行分析,闡釋離網型太陽能路燈相對于傳統路燈的巨大優勢以及可以太陽能路燈帶來的經濟和社會效益等。本文主要研究內容如下：簡述在當今世界能源危機的背景下，離網型太陽能供電的路燈系統在安裝、費用、安全、環保、壽命等方面的優勢，并與依托于傳統能源的路燈系統進行對比。通過對離網型太陽能路燈的主要經濟指標的分析研究，來闡述離網型太陽能路燈在經濟、環境和社會建設上的綜合效益。簡單介紹離網型太陽能路燈系統的組成和各部分的功能，解釋離網型太陽能路燈系統在白晝和夜晚的兩種不同工作狀態和工作原理，同時分析控制器在太陽能路燈循環工作中的重要作用。分析計算離網型太陽能路燈的初始投資成本以及后期的運行維護費用，并與傳統的路燈進行相應的對比，最終從投資成本和后期運行維護上對太陽能路燈的經濟性進行總結概括。從經濟、環境、社會三個方面，對離網型太陽能供電的路燈系統的綜合效益進行具體的分析研究，確定離網型太陽能路燈建設的可行性和重要性。將離網型太陽能路燈與傳統路燈在安裝、費用、安全、環保、壽命五個方面進行詳細的對比，綜合分析太陽能路燈的優勢及缺陷，最后針對性的提出優化方案。第2章離網型太陽能路燈系統的概述2.1離網型太陽能路燈系統的組成離網型太陽能路燈系統主要包括光源，太陽能電池組件，蓄電池，智能控制器，燈桿這五部分。目前的太陽能路燈一般采用LED燈具照明，LED燈具使用壽命長且照明效果好；太陽能電池板組件在材料選用方面，一般都選用單晶硅或者多晶硅，這種材料的使用壽命非常長。太陽能路燈的控制器也被叫作充放電控制器，它通常被置于路燈燈桿的內部用以協調太陽能板、蓄電池、負載的工作，是太陽能路燈的重要組成部分。太陽能控制器具有光控、過充過放、反向保護等功能，而更高級的控制器，具有四季調節時間、半功率、智能充放電等功能；蓄電池在太陽能路燈整個系統中的地位也是非常重要的，它設備通常都是埋在地下，一般都有專用的儲存箱，其運行壽命主要受到充電方法的影響。目前常用的的蓄電池有12V或24V的常規蓄電池、膠體蓄電池、鋰鐵蓄電池、堿性鎳鎘蓄電池等，根據地理環境和需求的不同，需要用到的蓄電池的種類也會有所區別REF_Ref25279\r\h[4]。2.2離網型太陽能路燈系統的工作原理在白天，太陽能路燈的電池板組件在光線照射下會產生一定的電動勢，通過組件的串并聯排列成一個電池方陣，保證方陣的電壓達到系統的輸入電壓，然后由智能控制器來控制太陽能電池板對蓄電池進行充電,把光能量轉化為電能儲存在蓄電池中。當蓄電池蓄電到一定程度時,控制器內部的自動保護裝置啟動并關閉充電系統。夜間，隨著光照強度逐漸下降，太陽能電池板的開路電壓降低,在控制器探測到該電壓時，蓄電池將向LED燈源供電，以達到照明的目的。在蓄電池中存儲的電量達到設定值后，控制器再次啟動對蓄電池進行控制，防止蓄電池過度放電，同時實現光控、時控、溫度補償、反極性保護等功能。到了凌晨，控制器自動斷開電源，而當光線條件滿足的時候，控制器又會驅動太陽能電池板向蓄電池充電，從而形成一個循環系統來為路燈提供電力REF_Ref25403\r\h[5]。第3章離網型太陽能供電的路燈系統的投資成本及分析3.1離網型太陽能路燈系統的安裝建設太陽能路燈不受地域限制,現場施工和安裝方便,減少了很多市政路燈在施工中的復雜作業程序。因此，以100盞光源功率為80W的太陽能路燈投入使用20年為例(路燈的縱向間距為30m,每天工作時長為8小時)，對太陽能路燈系統主要的材料購置費用和安裝費用進行分析,如下:3.1.1太陽能路燈的材料太陽能路燈系統的組成非常簡單，主要包括太陽能電池板、光源、控制器、蓄電池、燈桿。而由于各廠商的差異以及產品質量的不一,造成了太陽能路燈組件的定價沒有統一的標準。因此,通過數據調查，針對太陽能電池板、光源、控制器、蓄電池分別選取了三組不同的價格,以其均值作為各部分組件的單價來對太陽能路燈建設成本進行分析計算。其中，選取的太陽能電池板組件的價格分別為285元、325元、380元，其單價為（285+325+380）/3=330元；LED光源的價格分別為250元、380元、480元，其單價為（250+380+480）/3=370元；控制器的價格分別為296元、325元、375元，其單價為（296+325+375）/3=332元；蓄電池的價格分別為1050元、1150元、1265元，其單價為（1050+1150+1265)/3=1155元；路燈燈桿的設計高度一般為6~9米，價格為70元/米，這里選取高度8米的路燈燈桿來計算，每盞路燈燈桿的平均價格為70*8=560元。因此，100盞太陽能路燈的材料購置費用為（330+370+332+1155+560）*100=274700元。3.1.2太陽能路燈的安裝太陽能路燈的安裝既無需輔設電纜線路、加裝配電設備，也無需進行挖溝布管、管內穿線、地面回填等大量工程建設。太陽能路燈整個的安裝和施工過程十分簡潔,所以太陽能路燈的安裝建設成本只包含基礎的工程建設費用和設備安裝與調試的費用。從《太陽能路燈與普通路燈對比方案》中了解到，每盞太陽能路燈的安裝調試費用為300元,每個燈座基礎設施的建設費用為200元REF_Ref25505\r\h[6]。因此,100盞太陽能路燈的安裝費用為(300+200)*100=50000元。3.2離網型太陽能路燈系統的運行維護太陽能路燈在運行一段時期后,路燈系統的部分結構和功能的耐久性會下降,當下降至某一臨界狀態時,為提高設備的運行效率，恢復整個系統運行的可靠性，則需要對太陽能路燈的設備進行更換。3.2.1光源的維護太陽能路燈燈具的壽命比普通電力燈具的壽命要高得多,傳統市電路燈的使用壽命一般不超過6000小時,而LED光源的使用壽命已經遠大于50000個小時。已知太陽能路燈每天工作的時長為8小時,如果LED路燈光源的使用時長按照50000個小時計算,那么LED光源的壽命為50000h/8h/365天≈17年。因此,20年內太陽能路燈的光源只需更換一次,那么100盞太陽能路燈光源20年內的運行費用為370元/盞*1*100盞=37000元。3.2.2太陽能電池板的維護現在市面上95%的太陽能面板采用的都是鋼化玻璃層壓封裝技術，已知采用這種鋼化玻璃堆疊封裝的太陽能面板可以使用25年。然而，隨著時間的流逝PN結會持續斷裂，太陽能電池板的能量轉換效率會不斷降低。為保證太陽能電池板的正常運行,那么太陽能電池板則需要在運行20年左右的時間后進行更換。因此,100盞太陽能電池板20年內的運行費用為330元/盞*1*100盞=33000元。3.2.3蓄電池的維護目前，國內的蓄電池設備的種類主要有鉛酸蓄電池,膠體蓄電池以及各種鋰電池等。不同種類的蓄電池的工作特性和實際應用的環境條件不一樣,其使用壽命長短也不相同,綜合來說，我國目前質量檢測合格的太陽能路燈蓄電池產品的平均壽命可以達到五年以上。因此,20年內年需要對每盞太陽能路燈的蓄電池進行四次更換。而蓄電池的造價高昂,一般會對更換下來的蓄電池進行回收,更換下來的蓄電池價格為60元/只。因此,100盞太陽能路燈蓄電池20年的運行費用為(1155-60)元/盞*4*100盞=438000元。3.2.4控制器的維護太陽能控制器的主要功能是統籌太陽能電池板、蓄電池、負載的工作，是太陽能路燈系統的關鍵組件，所以對控制器的品質有很高的要求。如今的控制器采用的是串聯式PWM充電主電路,同時還加裝了了浮充自動控制等方式，使得充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半。目前的控制器的智能控制系統可以正常運行10年左右,20年內只需更換兩次。因此,100盞太陽能路燈控制器20年的運行費用為332元/盞*2*100盞=66400元。3.2.5燈桿的維護路燈的燈桿使用壽命一般比較久,目前的工藝上有冷鍍鋅與熱鍍鋅兩種,這兩種工藝的防銹效果會有比較明顯的差異,冷鍍鋅的燈桿的使用壽命較短,而熱鍍鋅的燈桿卻可以達到10年甚至更久的防銹效果。那么在20年內,對太陽能路燈的燈桿進行兩次更換即可充分地保證燈體的穩固,因此,100盞太陽能路燈燈桿20年內的運行費用為560元/盞*2*100=盞112000元。3.3傳統路燈的安裝建設及運行維護相較于離網型太陽能供電的路燈,傳統的路燈的建設成本中除了基礎的燈具費用及安裝費用外,還增加了工程(挖填土、管線),材料(電纜、膠布、PE管),配電設備(成套電器、箱體、導線、架設變壓器)等費用。另一方面,傳統路燈每年都需要高昂的電費,線路復雜且易老化,而且高壓鈉燈的使用壽命相較于LED光源的使用壽命極短,隨著年限的增長，傳統路燈的運行維護成本更是逐年遞增。由于傳統路燈的安裝建設和后期維護工作量極大且過程極為復雜,因此，根據《太陽能路燈與普通路燈對比方案》中的信息，以100盞250W功率的高壓鈉燈運行20年為例，對傳統路燈主要的投入成本及運維費用進行分析REF_Ref25505\r\h[6]。如下：傳統路燈燈具和燈座基礎的費用為：1160元/盞；安裝調試費用為：110元/盞；工程(挖填土、管線)費用為：15元/米；材料(電纜、膠布、PE管)費用為：35元/米；配電設備(成套電器、箱體、引線、架設電力變壓器)費用為：控制配電箱5000元、配套費用500元。因此,100盞傳統路燈的安裝建設總費用為：【(1160元/盞+110元/盞)*100盞+(15元/米+35元/米)*30米/盞*100盞+5000元+500元】=282500元。傳統路燈燈具每年的維護費用為：120元/(年.盞)；高壓鈉燈每次的更換費用為：100元/(次.盞)；線路的維護費用為360元/百米；每盞傳統路燈每天消耗市電的費用為：0.25kW*8h/天/盞*0.69元/(kW.h)=1.38元/(天.盞)。因此,100盞傳統路燈20年的運行維護費用為:【120元/（年.盞）*20年*100盞+100元/（次.盞)*(20/2.05)次*100盞+(360元/100米)*30米/盞*100盞+1.38元/（天.盞）*365天/年*20年*100盞】=1355760.98元。注:【路燈的縱向間距為30m；路燈每天工作時長為8小時；每盞高壓鈉燈的使用壽命為6000h,即6000h/(8h/天*365天)=2.05年；市政路燈電費為0.69元/(kW.h)】3.4離網型太陽能路燈系統的投資和成本分析根據3.1和3.2可知，100盞太陽能供電的路燈運行20年，其初始投資成本為274700+50000=324700元，運行費用為37000+33000+438000+66400+112000=686400元，總費用為1011100元。那么，每盞太陽能路燈的投入成本為324700元/100盞=3247元/盞，每盞太陽能路燈每年的運行費用為685400元/20年/100盞=343.2元/（年.盞）；根據3.3可知，100盞傳統路燈運行20年，其初始投資成本為282500元，運行維護費用為1355760.98元，總費用為1638260.98元。那么，每盞傳統路燈的投入成本為282500元/100盞=2825元/盞，每盞傳統路燈每年的運行維護費用為1355760.98元/20年/100盞/=677.88元/（年.盞）。如圖3.4所示。就產品本身而言,從上述數據可以看到,安裝太陽能路燈的初始投資成本比傳統路燈的成本略高。太陽能路燈的成本高主要是由于蓄電池、控制器的造價高昂且壽命較短,發生損壞即須更換，但隨著太陽能路燈技術的發展和國家對太陽能路燈產業標準的不斷優化,蓄電池、控制器等材料的品質和價格都會得到改變。此外，隨著路燈建設規模的增大，普通路燈相關的安裝費用會越高，最終隨著時間的變化，太陽能路燈建設成本會逐漸降低，傳統路燈的初始投資成本將高于太陽能路燈。因此,從初始投資成本上來看,建設離網型太陽能供電的路燈系統的初始投資成本雖然偏大,但是隨著技術的進步和產品質量的提升,太陽能路燈的建設完全不成問題。而在后期運行維護上,通過上述數據以及圖3.4可以明顯地看到,每盞太陽能路燈每年的運行費用僅僅是每盞傳統路燈每年運行維護費用的二分之左右。這是因為太陽能路燈可以實現獨立安裝,不需要挖溝、埋線、回填等工程,更重要的是太陽能路燈不消耗市電,可實現全自動控制,無需人員管理,運行成本很低。傳統路燈每年都需要消耗大量市電,而且路燈的光源和線路還需要經常維護,傳統路燈的后期運行維護成本明顯高于太陽能路燈的運行維護成本,而且隨著路燈建設數量和運行時間的增加,傳統路燈的運行維護費用也會越來越高。綜上所述,從投資和成本上來看,推行離網型太陽能供電的路燈系統的建設是完全可行的,離網型太陽能供電的路燈的應用對經濟發展的意義也是重大的。圖3.4每盞太陽能路燈與傳統路燈費用對比圖注：y?，y?分別表示每盞傳統路燈的費用和每盞太陽能路燈的費用。（y表示費用，單位：元；x表示年份）第4章離網型太陽能供電的路燈系統綜合效益評價分析4.1離網型太陽能路燈系統的經濟效益在現代城市,道路兩旁的公用照明設施每年都需要消耗大量市電，這是一項巨大的支出,太陽能路燈的出現極大地緩解了市政設施開支大,能耗高等問題。從3.3中的數據及分析可以看到,傳統路燈投入運行20年間的總費用為1638260.98元,而離網型太陽能供電的路燈的總體費用為1011100元，比傳統路燈節省了627160.98元，而且隨著路燈建設規模的擴大這種經濟優勢將會更大。隨著太陽能路燈行業技術的進步和太陽能路燈產品質量的提升,太陽能路燈的建設和運行成本會逐步降低,太陽能路燈的經濟效益也會愈發突出。中國位于歐亞大陸的東部,是以溫帶和亞熱帶為主的地區,《智能型LED太陽能路燈控制系統》顯示,中國地區每年的太陽輻射量總為3340~8400MJ/㎡,中值約為5860MJ/㎡,具有相對豐富的太陽能資源REF_Ref24192\r\h[2]。如果大力推行太陽能路燈的建設，全面提高對太陽能的利用率,太陽能路燈帶來的經濟效益會將會是巨大的,其在國家經濟建設過程中的地位也會愈發重要。除此之外,傳統路燈每年都需要消耗大量市電,與此對應的是每年都會產生大量的資源利用廢棄物,如二氧化碳、二氧化硫等。從《發展太陽能LED路燈是發展我國光伏發電的頭等大事》一文中可以看到，如果把我國2000萬盞的傳統市電路燈全部替換成節能環保的太陽能路燈，那么全國二氧化碳的排放總量將會大大降低，可以為我國減少103億美元的節能減排成本REF_Ref27539\r\h[7]。太陽能路燈不消耗傳統電力,降低了國家的財政開支，同時也間接的減少了國家能源的消耗,有效的降低了國家的減排成本。綜上所述,離網型太陽能路燈的建設對于國家經濟的建設和快速發展有著非同一般的意義。4.2離網型太陽能路燈系統的環境效益進入21世紀，能源問題日益成為人們關注的焦點。目前，中國仍然是全球最大的煤炭生產和消費國家，我國以煤炭為主導的能源結構在未來很長一段時期內都不會發生改變。但是大量的燃煤會排放出大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害物質，目前，由于人類與能源的活動導致大氣中的二氧化碳的不斷累積，溫室氣體含量的不斷上升，使得全球氣候變暖的問題越來越突出。而二氧化硫、氮氧化物這些有害物質會對人體造成極大的傷害，同時還會給生態環境造成了很大的破壞，最終會給人類的正常生活造成巨大的的影響REF_Ref27673\r\h[8]。與傳統的市電路燈相比，太陽能路燈的使用壽命更長且太陽能路燈不需要消耗市電，而且太陽能是取之無盡、用之不竭的，是一種清潔可再生的綠色環保能源，太陽能路燈的使用間接地降低了我國能源的消耗，減少了對生態環境的污染。大力推行太陽能路燈的安裝建設，將極大地緩解我國煤炭、石油等能源供給的壓力，可以有效地降低二氧化碳的排放量，促進我國能源結構的優化和環境的改善。同時,太陽能路燈系統建設還可以直觀地美化城市和鄉村的環境,提高居住環境的舒適度等,符合國家提出的節能環保、美化環境的要求REF_Ref28065\r\h[9]。4.3離網型太陽能路燈系統的社會效益從2014年發布的《讓光電建筑在城鄉建設中有更好的發展》中了解到,傳統的路燈10年的耗電量是365萬千瓦時,按火力發電燃煤400克/度的標準標計算會消耗掉1460噸的煤炭，伴隨的是27噸的二氧化硫、4250立方米的二氧化碳、238噸的雜質和粉末等污染物的排放REF_Ref27885\r\h[10]。這些污染物中，二氧化硫會伴隨著雨水、風暴等自然因素進入地面，使得水庫、江河湖泊的酸性變得嚴重，影響到眾多水生植物的生長和魚類的繁殖，進而對人類的身體造成直接的危害。另一方面，大量的二氧化碳的排放會導致地球溫室氣體增加，全球氣候多變，從而導致全球病蟲害增多，海平面上升，土地荒漠化，氧氣含量減少，熱帶雨林的消失，最終對人類的生存和生活質量造成嚴重的威脅。太陽能具有高度的清潔性和充足性,在今天，隨著不可再生能源的減少或枯竭,傳統能源價格的持續上漲,太陽能路燈對人們的生存環境和生活品質的影響會越來越大，太陽能路燈帶來的社會效益也會愈發顯著。此外，現有的傳統市電路燈使用的是220V的交流電壓,在使用過程中很容易受到施工質量、材料老化、水電氣管道沖突、供電電壓波動等問題的影響，傳統路燈在運行的過程中存在著許多安全隱患。而太陽能路燈最突出的優點之一就是它的安全性，太陽能路燈的工作電壓通常在12-24V之間，使用起來非常安全，不會有觸電的危險。另一方面，太陽能路燈的安裝十分便捷且太陽能路燈燈具的壽命也比普通電力燈具的壽命要高很多,其后期運行維護的工作量也得到了大大的減少。普通路燈的建設雖然解決了部分人民的就業和企業的發展等問題,但也一定程度上造成了社會人力、電力資源的巨大浪費，太陽能路燈的問世和應用則可以很好解決這種社會人力、電力等資源浪費的問題，促進國家對社會資源的合理分配。離網型太陽能供電的路燈系統的出現和建設,對我國城市和鄉村的科技文化的進步和發展、經濟的建設以及環境的改善都意義重大。離網型太陽能供電的路燈系統的應用和推廣也是社會穩定和經濟繁榮的標志,離網型太陽能路燈帶來的社會效益顯著，符合社會發展的需要。對離網型太陽能路燈系統研究的結果分析5.1離網型太陽能路燈與傳統路燈的對比5.1.1在安裝上傳統路燈的施工工序比較繁瑣,除了需要完成一系列的基礎建設，如開挖電纜溝,鋪設電纜和暗管，管內穿線,地面回填等,還需要對路燈進行長期的監測和調試。如果有某一條線路出了問題，就需要大量的重新設計,且傳統路燈的施工對地形和線路要求非常復雜,需要大量的人力、物力等資源。而太陽能路燈的安裝并不需要鋪設復雜的電路，只需要特定位置做一個混凝土基座，再用不銹鋼螺釘固定就行了，其安裝非常方便，還可以輕易地解決野外和農村等電網無法覆蓋的地方的照明問題。5.1.2在費用上根據3.4可知,每盞太陽能路燈的投入成本為3247元，每盞傳統路燈的投入成本為2825元。每盞太陽能路燈每年的運行維護費用為343.2元,每盞傳統路燈每年的運行維護費用為677.88元。從上述數據和傳統路燈的安裝建設過程可以看到,安裝太陽能照明設備的初期投資要比一般的照明設備要高一些，但如果考慮路燈整個建造過程，隨著路燈的規模越來越大，一般的照明設備所需要的材料和造價也會越來越高。而隨著太陽能路燈相關產業的發展和產品的不斷優化,太陽能路燈的建設成本會不斷下降，傳統路燈的初始投入費用將會逐漸趨近甚至超過太陽能路燈的初始投入費用。傳統的路燈在日常的照明過程中有著固定且高昂的電費，同時還需要長期對線路和設備進行維修或更換，從數據和圖3.4可以看出，傳統的路燈維修費用很高，而且每年都會增加。相比之下，太陽能路燈的工作完全不需要用到電力資源，這也間接地減少了對我國不可再生資源的消耗，同時，太陽能路燈的壽命和維修周期長，兩年左右就能收回投資成本，并獲得長遠的收益。總的來說,相較于傳統路燈太陽能路燈帶來的經濟效益是巨大的,而且隨著太陽能路燈的建設規模和相關產業的優化,太陽能路燈帶來的正效益必將愈發明顯!5.1.3在安全上傳統路燈的電力來源于電線電纜的輸送，而且傳統市電是高壓交流電，在人為破壞、材料老化、供電故障等情況下，極易出現安全隱患。太陽能路燈采用的電力則是低壓直流電，其電壓穩定工作可靠，安全性也高，不會像普通的照明設備那樣存在著很大的安全隱患。5.1.4在環保上在當今全球能源短缺、環境污染、氣候變暖等問題日趨嚴重的現狀下,相較于太陽能路燈的節能環保,傳統的路燈還需要消耗大量的市電,給我國電網帶來了巨大的壓力。而我國目前仍是以煤炭為主要發電能源,如果以太陽能路燈替換傳統路燈,將會減少大量的能源消耗,同時可以有效地減少二氧化碳、二氧化硫等氣體以及大量廢料的排放。離網型太陽能路燈的建設在減少大量資源浪費的同時也加快了國家開發新能源的進程,有力地促進了我國生態可持續發展的建設。5.1.5在壽命上太陽能路燈的使用壽命遠遠超過了常規的電力路燈，其中,太陽能電池板組件的使用壽命長達25年;超高亮LED的平均壽命大于50000小時以上,而傳統路燈光源壽命一般不超過6000小時;太陽能路燈控制器是太陽能路燈系統中的關鍵部件，其控制裝置的性能和使用壽命都有了很大的改善，目前控制器的控制系統可以正常運行10年左右；目前太陽能路燈蓄電池的壽命一般可以達到五年，但是相較于其他組件的使用壽命仍有欠缺，還需不斷提升蓄電池的制造品質，提高蓄電池深充放循環的壽命。綜合來說，太陽能路燈燈具的整體壽命是遠高于傳統路燈燈具的，而太陽能路燈相關產品的質量和工作效率仍需要不斷地提升，以保證我國太陽能路燈產業的快速發展。5.2離網型太陽能路燈系統的不足及優化設計5.2.1離網型太陽能路燈的缺點目前，太陽能路燈憑借著其環保、節能、安全、壽命長等諸多優點，已成為了我國城市道路照明領域的新寵兒，擁有有巨大的市場前景。但是目前的太陽能路燈同樣存在著自身的局限與不足,主要表現在以下方面:成本高從數據上來看,太陽能路燈的初始投資成本較高,其初期投資大也是其最突出的問題,而且LED路燈的部件一旦受損則需整體更換，且現場維修也沒有傳統燈具更換那么容易。在未來很長一段時間里，太陽能路燈的發展都會受到經濟性的限制，如果能夠很好的解決太陽能路燈成本高的問題,那么太陽能路燈憑借其節能環保以及在運行維護成本上的優勢,可以很好的替代傳統路燈照明。光源系統的散熱問題在太陽能路燈的使用中,LED芯片在發光的同時會散發出熱量,而隨著光源溫度的升高其光效會緩慢下降,LED芯片的壽命和光衰也會受到不小影響，進而對整個太陽能路燈的使用性能產生一定的影響。因此在設計時，光源的散熱問題是需要重點注意和改進的。3.不穩定性離網型太陽能路燈在運行時,會受到地理條件、季節氣候的變化等自然因素的制約，再加上陰晴云雨等隨機天氣的影響,使得到達固定區域的太陽輻射具有不連續性和不穩定性，這導致太陽能路燈的推廣和大規模使用變得更加困難。在太陽能路燈的使用中，想要將太陽能變成持續穩定的能量來源，太陽能路燈就必須要有一個良好的儲能系統，所以在太陽能路燈的應用中對蓄電池的開發與改進是一個重要的課題REF_Ref28663\r\h[11]。4.沒有完善的設計標準我國目前還沒有一個完善的、統一的關于太陽能路燈行業的執行標準。很多太陽能路燈廠商按照自己的標準生產自己的產品，導致彼此間的產品間不能互換通用,更有部分企業偷換概念以次充好，傷害消費者的利益，嚴重阻礙了太陽能路燈的大范圍推廣和運行。5.2.2離網型太陽能路燈的優化1.降低成本降低太陽能路燈的投入成本，最重要的就是降低材料的價格。比如，在開發太陽能板的材料上，可以在提高電池板轉換效率的基礎上減小其體積，增強其工作效率的同時降低其成本。而在蓄電池方面我們可以采用超級電容，增加電池的容量，延長電池的使用壽命和維護周期，降低蓄電池的維護成本等。2.光源的改進在光源系統的優化方面，可以采用新的LED照明系統，減少光源的功率損耗同時增加LED燈具的照度和亮度，并通過合理的自然對流散熱、安裝風扇強制散熱、循環熱管散熱等方式進行散熱，達到實時跟蹤太陽光的目的并使得太陽能的吸收利用率最大化REF_Ref28754\r\h[12]。3.提高穩定性在原有的太陽能供電的路燈系統上可以加裝微風發電系統,采用風光互補的照明系統來提升太陽能路燈系統運行的可靠性。目前，在自然風速達到2m/s左右的時候，微風風力發電系統就會啟動對蓄電池的充電。因此，在光照強度不足或夜間的時候,充分利用光能和風能的配合,可以保證蓄電池有足夠的能量向光源供電REF_Ref28898\r\h[13]。此外,為了彌補單電源太陽能路燈的不足,還可以將市電引入太陽能路燈系統中作為補給能源,形成雙電源供電系統,這將極大地提高太陽能路燈系統的穩定性，使太陽能路燈可以在快速路和主干道上得到使用REF_Ref29012\r\h[14]。4.規范產品標準太陽能路燈是新興的產物，我國的太陽