太阳能路灯调研报告.docx
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太阳能路灯调研报告
太阳能路灯调研报告
2015.8.20
1太阳能及太阳能产品
1.1太阳能
太阳能是取之不尽、用之不竭、绿色无污染的可再生能源，是未来社会发展的主要能源之一。
太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kw，其中到达地球的能量高达8×1013kw，相当于6×109吨标准煤。
按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。
太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳为地球提供太阳能的时间可以说是无限的。
相对于常规石化能源，太阳能具有储量的“无限性”、存在的普遍性、利用的清洁性和经济性等其他能源无可代替的优点。
这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭，环境污染严重的最有效途径。
1.2我国的太阳能资源
我国具有丰富的太阳能资源，2/3以上国土地面积的年总日照时间超过5GJ/m2，理论储量相当于1.7万亿吨标准煤。
其中，青藏高原、西北地区、华北地区、东北大部、云南、广东、海南等地区年平均日照时长超过2200小时，属于太阳能利用条件较好的地区。
即使东南沿海等太阳能资源较匮乏的地区，年平均日辐射量也可以达到每平方米3.2-3.8kw，而这些辐射量已经完全能够满足一个家庭的供电所需的太阳能，这为我国太阳能产业的发展和太阳能产品的推广提供的非常有力的条件。
1.3太阳能产品
太阳能是指太阳的热辐射能，通常表现为太阳光。
很早的时候，人类就知道利用太阳能来取暖，晒干物品、食物等。
随着科技的发展，人们对太阳能的了解越来越深，对太阳能的利用也不在是简单的获取热辐射能。
人们利用太阳光直射和折射的特性，将它收集起来用来产生更高的热量；利用太阳光能激发电子运动的特性，用它来产生电流。
直到今天，太阳能被应用于各行各业，太阳能产品也五花八门，简单的来分，太阳能产品可分为太阳能热利用产品和太阳能光利用产品两大类。
如太阳能热水器、太阳能取暖设备、太阳能建筑等属于太阳能热利用产品；而太阳能路灯、太阳能汽车、太阳能发电站等则属于太阳能光利用产品。
2太阳能路灯
2．1太阳能路灯发展背景
随着光伏发电技术的不断提高与成熟，光伏发电产品越来越丰富，也越来越贴近人们的生活。
太阳能照明灯就是其中比较常见的一种利用太阳能发电进行照明的的产品，由于其易于安装，经济实用，绿色环保等优点被广泛应用与庭院照明、景观照明、道路支干道照明等。
但是由于光伏照明系统需要光伏板及储能系统，而普通灯泡的功率较大，光照强度较低，导致太阳能照明灯配置较高，投资成本较大，而有效照明时间又往往不能满足客户要求，加上太阳能产品的不稳定性，这就使得太阳能照明灯的应用有了很大的局限性，无法大范围的推广应用。
LED灯源的诞生，不仅给照明行业带来了革命，也给太阳能照明的快速普及推广插上了翅膀。
LED灯源功率低、亮度高、寿命长，很快的替代了传统灯具，广泛的应用与照明或观景等领域。
同样的的，太阳能照明系统采用LED光源后，可降低系统配置，提高照明时间，降低了投资成本，性价比大幅提升，推广应用更加广泛。
路灯作为城市照明中的耗电大户，每年耗电量占总电量的12%以上，如果改用太阳能作为能量供给，则可减少很大一部分电能消耗和电费支出。
所以，太阳能路灯应运而生。
2．2太阳能路灯系统
2.2.1太阳能路灯组成
太阳能路灯系统主要由太阳能电池板、LED灯具、灯杆、控制器、蓄电池以及一些附件组成。
1、电池板
电池板一般采用单晶硅或多晶硅电池组件，根据不同要求，制作成不同功率的电池板。
单晶硅电池组件转化效率较高，但是成本也较高，所以，太阳能路灯系统一般选用多晶硅电池板。
2、LED灯具
LED灯具包括灯壳、反光腔、LED灯源三部分。
灯壳一般采用铝合金压制成型，表面进行耐紫外线处理，可有效的散热，防尘、防水；LED灯源采用低压电源，安全可靠，并具有发光效率高、功耗小、寿命长、亮度高、工作温度低等优点。
3、灯杆
灯杆是路灯系统的安装集成骨架，通常采用优质碳素钢通过下料、折弯、焊接、打磨等工序制作而成，灯杆外表面进行镀锌、喷塑等处理，提高灯杆的耐腐蚀性和美观性。
灯杆可根据不同要求，加工成不同尺寸，一般要求灯杆可抗10级大风。
4、控制器
太阳能路灯控制器具有光控、时控、功率控制、电池过充过放保护及反接保护等功能，是太阳能路灯的中枢神经系统。
所以选择一款好的控制器，对太阳能路灯来说至关重要，如果预算相对富余，可选择具有MCT充电模式的控制器，MCT充电模式能自动追踪电池板的最大电流，尤其在冬季或光照不足的时期，MCT充电模式比其他高出20％左右的效率。
5、蓄电池
太阳能路灯所选用的蓄电池通常为普通铅酸电池或者胶体电池两类。
普通铅酸电池散热性能较好，在高温环境下不容易起包，但在低温环境下，充放电效率会受影响；而胶体电池抗寒性能更好，在零下15度环境下，仍能保持良好的充放电效率，但是价格更高。
6、附件
附件包括电池箱、紧固件、电线等。
2.2.2太阳能路灯工作原理
太阳能路灯工作原理为：
白天，电池板吸收太阳能，转化为电能，并通过控制器将这些电能储存在蓄电池内。
晚上，蓄电池给LED灯源供电，使其发光，进行道路照明。
如果是光电互补型路灯，则需要在蓄电池储能不足的情况下，由控制器控制市电介入，为路灯提供电源。
如果为风光互补性路灯，则由风机和电池板共同给蓄电池充电。
在光照条件不好的条件下，还有风机可以提供电能，提高了太阳能路灯的工作稳定性。
2.3太阳能与普通路灯的对比
2.3.1一次投资对比
以金昌地区100套城市照明路灯为例，来对比太阳能路灯与普通路灯在一次投资成本上的差异。
要求：
灯距30米，灯杆高度10米，灯源光照半径15米，路灯平均每天工作10小时。
地理条件：
北纬38°29’37”，东经102°9’44”，年平均峰值日照时长4.6h/天，最长连续阴雨天数：
4天。
根据以上条件，我们首先可以确定两套系统所采用的灯具：
太阳能路灯系统采用60w24vLED灯具，普通路灯采用250w高压钠灯。
其次，我们要对太阳能路灯的电池板峰值功率和蓄电池容量进行计算：
蓄电池容量Q
Q=A×T×（D+1）÷λ
=60w÷24v×10h×（4+1）÷80%
=125ah
其中，A——灯具额定工作电流
T——灯具每天工作时长
D——连续阴雨天数
λ——蓄电池放电深度
电池板峰值功率W
W÷24=A×T×（1+δ）÷t
=60w÷24v×10h×（1+0.2）÷4.6h
=6.52
W=6.52×24=156Wp
其中，A——灯具工作电流
T——灯具每天工作时长
δ——系统损失系数，光伏系统在运行过程中，会有一部分电量通过电路发热或者在电池板或电线中余留，造成系统电量的损失。
t——日照时长
24——开路电压为36v的电池板的工作电压
通过计算，我们得出了上述案例中采用太阳能路灯所需的太阳能电池板和蓄电池规格，根据蓄电池和电池板的规格，我们可以做出满足案例所要求的太阳能路灯（单套）的整体配置。
配置表如下：
表1：
太阳能路灯配置表
配件名称
太阳能电池板
灯具（含灯罩，LED驱动器）
灯杆
智能控制器
蓄电池
电池箱
电线
附件
规格
150Wp/36v
60w/24v
10m
24v/10a
120ah/24v
4mm2
数量
1块
1套
1套
1个
1个
1个
50米
1套
相比与太阳能路灯系统，普通路灯系统配置中没有电池板，蓄电池和智能控制器，但却增加了地下电缆，控制柜及变压器等集中控制设备。
根据本案要求，可做出普通路灯系统（单套）的配置如下表：
表2：
普通路灯配置表
配件名称
灯具
灯杆
电线
电缆
安装附件
规格
250W钠灯
10m
4mm2
16mm2两芯
数量
1套
1套
25m
30m
1套
注：
路灯总数100套，分两路，每路50套，普通路灯灯具功率250w，单路总功率为12.5kw，加上线路损耗，单路总功率在15kw左右，单路电流为68a，16mm2电缆允许最大电流为72a，所以选用16mm2电缆。
根据以上配置表，结合现场安装，我们可以做出太阳能路灯系统和普通路灯系统一次投资对比。
表3：
太阳能路灯与普通路灯投资对比表
对比配置
投资金额（元）
备注
太阳能路灯
普通路灯
规格
单价
规格
单价
灯具
LED灯源
400
250w钠灯
250
灯杆
10m
1000
10m
1000
电池板
150Wp
600
蓄电池
120ah
750
控制器
24v/10a
150
电线
4mm2/50m
100
4mm2/25m
50
电缆
16mm2/30m
300
变压器
30000
系统总配置
集中控制柜
20000
系统总配置
电缆铺设
300
预埋基础、路灯吊装等
400
300
太阳能路灯增加电池箱地埋工程
单套总价
3400
2200
系统总价
340000
270000
从以上对比表中我们可以看出，太阳能路灯的一次投资要比普通路灯的大，而且，在太阳能资源不太丰富的地区，太阳能路灯的配置还要提升，导致太阳能路灯的一次投资远远高于普通路灯的投资。
2.3.2十年内运行成本对比
路灯系统在建成投入运行后需要对路灯系统进行管理和维护，而且普通路灯消耗电能还需要缴纳电费。
所以，一个项目除了考虑它的投资成本外，还要考虑它的运行成本。
下面，我们就对太阳能路灯系统和普通路灯系统在投入使用后十年内的运行成本进行对比。
表4：
运行成本对比表
对比内容
十年运行成本（元）
备注
太阳能路灯
普通路灯
费用发生频率
年运行费用（元/年）
费用发生频率
年运行费用（元/年）
灯具更换
10年/次
200元/10年
2年/次
100元/2年
蓄电池更换
3年/次
750元/3年
电费
0.8元/kwh
0.25*10*0.8*365=730
管理费用
36000元/年
系统总运行费用
单套总计
270/年
780/年
100套路灯系统总计
270000
1140000
从运行成本对比分析表中我们得出，该方案如果采用太阳能路灯，十年的总运行成本为27万元，但是如果采用普通路灯，运行成本则高达114万元。
所以，尽管太阳能路灯的一次投资成本较高，但是他的运行成本却很低，从长远利益来看，不管是经济效益还是环境效益，太阳能路灯都由于普通路灯。
2.3.3太阳能路灯的优缺点
1、太阳能路灯的优点
（1）应用范围广，可安装于偏远山区，海岛等无电网覆盖的地区，也可用于城市或乡村道路照明；
（2）独立安装，线路耗能小，无需配备增压设备。
（3）无需铺设复杂昂贵的电缆，节省安装和检修工程量；
（4）采用太阳能电池板供电，不消耗电力能源，不产生电费，运行成本低；
（5）不受电网停限电限制，在电力紧张的地区，还可减轻电网负担
（6）采用低压直流供电，且无地下电缆与其他管道交叉铺设，降低了用电安全隐患
（7）采用绿色可再生的太阳能作为能源供给，可缓解常规能源紧张的局面；不污染环境，低碳环保，符合可持续发展要求；
（8）采用LED灯源，亮度高，功率小，寿命长。
2、太阳能路灯的缺点
（1）一次投资成本高
从前面的分析我们不难看出，太阳能路灯的一次投资成本要比普通路灯高很多，尤其是在太阳能资源不充足的地区，太阳能路灯的投资成本更是普通路灯的好几倍，这就导致政府部门在制定路灯工程建设方案时，习惯性的选择传统路灯。
（2）系统容量利用不充分
由于城市路灯系统有强制性的标准要求，它不允许像景观照明一样可以遇到阴雨天就不工作。
所以在以单纯太阳能作为能源的路灯系统中，对系统的电池板和蓄电池进行配置时就必须考虑当地最不理想的气候条件（主要是日照时长和连续阴雨天数），这样就导致太阳能路灯的系统容量远远大于它的能量消耗，系统容量在很多时候是闲置的，造成了太阳能路灯的容量浪费，投资成本过高。
（3）系统集中管理困难
由于太阳能路灯系统不需要铺设电线电缆，每套太阳能路灯都是一个独立的系统，所以就无法实现路灯系统的集中管理和远程监控，管理工作较为困难。
但是如果再配置控制线路，不仅增加了系统的投资成本，而且在产品的“卖点”上的意义也就大大削弱了。
（4）后期维护成本高
目前的LED光源的理论寿命在50000小时以上，太阳能电池板的理论寿命也在20年以上，而作为太阳能路灯系统最主要的部件——蓄电池，其寿命却往往只有2-3年，而在实际运行中人们发现，它的寿命其实会更低，往往只有1-2年。
所以系统每隔一段时间就得更换蓄电池，这就意味着客户在后期每隔一段时间就得投入一大笔资金进行系统维护。
另外，由于系统使用直流蓄电池，经济价值和利用价值较高，所以，蓄电池常常被盗也会导致系统的维护费用增高。
（5）行业监管不规范，产品质量参差不齐
由于近几年政府部门的大力支持，使太阳能产业得到了高速发展，大量企业投入大量资金，想在太阳能市场这块大蛋糕上分得一块，但是由于一些核心技术问题仍然无法解决，加之缺乏行业标准和有效的行业监管，导致太阳能产品质量参差不齐，太阳能工程质量无法保证，行业发展混乱，产品低价竞争现象严重。
太阳能路灯行业同样存在上述问题，有些路灯工程在建成不到一年时间就出现部分路灯不能正常照明的情况，使得投资方的维修成本增高，最终导致政府部门与客户群体对太阳能产品的投资意向大大降低。
3太阳能路灯市场分析
3.1太阳能路灯市场潜力
太阳能路灯由于其绿色环保，运行成本低等优势，加上国家对新能源方面的政策支持，近几年越来越受到人们的亲睐，虽然在实际运行中还存在一定的问题，但是从市场来看，市场需求量逐年增加。
从
《2015-2020年中国太阳能路灯产业现状及发展趋势报告》中得到的数据我们不难看出，从2008年开始，太阳能路灯市场规模增长迅猛，在未来几年内还将保持增长趋势。
表5：
太阳能路灯市场规模
目前，全国户外照明灯数量到达2亿盏，而且每年新增户外照明灯5000万盏，如果太阳能路灯能占到新增照明灯的千分之一，一年就能给国家节省近7亿度电，这些电相当于给国家省出了一个10万千瓦的发电站，同时，可节省标准煤燃烧74116吨，减少二氧化碳排放200113吨，减少二氧化硫排放638吨。
而且还会新增高新技术产品产值50亿元，新增利税15亿元，带动相关产业数百亿元，新增相关的就业岗位近万个。
随着新农村建设的推进，农村道路亮化工程也是每个新农村建设的重点工程。
农村道路相对较窄，对照明条件的要求较低，相对于施工量较大的普通路灯，太阳能路灯在农村更具有市场竞争力，而且也迎合了新农村建设的初衷，农村市场潜力巨大。
太阳能路灯的应用不仅有好的社会效益、经济价值，而且也符合可持续发展的要求。
随着社会经济的发展和新农村建设工程的不断实施，太阳能路灯未来的市场潜力巨大。
3.2太阳能路灯发展存在的问题
1、广大群众对太阳能路灯存在误解
太阳能路灯的推广应用已经有10多年的时间了，这期间，全国好多地方都安装了太阳能路灯或者建设了太阳能路灯示范工程，但是从目前的情况来看，人们对太阳能路灯的评价褒贬不一，人们对太阳能路灯的了解还存在误区，这其中最主要的一个就是认为太阳能路灯寿命短。
很多路灯在建成一两年内就出现路灯不亮的情况，造成这种情况的原因除了工程质量差，产品质量质量不过关等客观因素外，在路灯的后期维护和管理方面存在漏洞也是导致路灯不能正常照明的原因。
政府部门在投资路灯的时候听取供货商片面的广告宣传，认为太阳能路灯建成后不用维护，所以很多太阳能路灯工程在投资建成后就无人问津，路灯运行一两年后，由于蓄电池寿命到期或者其他原因，导致路灯不能正常照明，而这些情况多发生农村或者示范工程。
路灯建成后没有明确的管理部门，路灯出现问题后相互扯皮，最终造成人们对太阳能路灯寿命短的印象。
所以，不管是什么能源的路灯，在建成后都要正确的维护和管理，才能保障它的正常运行。
消除人们对太阳能路灯的误解，除了从工程质量和产品质量上把关外，还要对太阳能路灯和太阳能知识做科学、正面的宣传和教育，使人们真正理解太阳能产品的工作原理。
2、后期的维护和管理问题
任何系统的运行都少不了日常维护，太阳能路灯在建成后并不能免维护运行。
但是由于人们认识的错误，有关部门往往在建设太阳能路灯的时候并不考虑后期的维护和管理问题，由于维护资金落实不到位、系统运行管理责任不明确等因素，太阳能路灯的后期维护成为制约其发展的一个主要障碍。
要想彻底解决太阳能路灯的后期维护和管理问题，就必须在工程建设初期，明确各方的责任和义务，正确做好工程的预算工作。
蓄电池的更换是后期维护的主要项目，目前太阳能路灯所采用的蓄电池主要是以铅酸电池为主，废电池酸液中含有大量的铅，废旧电池的回收处置不当就会严重污染土壤和水源，而据专家透露，目前国内废旧电池的处理回收还处于比较无序的状态。
所以，太阳能路灯不仅要做好后期的维护工作，更要做好维护后电池的处理工作。
3.3太阳能路灯未来发展方向
1、发展市电光电互补型路灯系统
太阳能路灯除了在新建项目中应用外，应该将更多的目光瞄准现有传统路灯，进行传统路灯系统改造，在传统路灯系统中加装太阳能电池板与蓄电池等组件，实现路灯供电光电市电互补。
对传统路灯进行光电市电互补型路灯改造，具有以下优点:
（1）投资成本低。
由于是对现有路灯进行改造，所以无需灯杆架装，只需将太阳能电池板、蓄电池、控制器等加装到现有系统中即可。
而且由于有市电补充，所以在对太阳能系统进行设计时可以只按照一个连续阴雨天进行配置，从而降低系统投资。
（2）运行成本低。
太阳能路灯系统将大大降低传统电能消耗。
目前，传统城市路灯多采用250w或者400w低压钠灯，市政公共用电电价均在0.8元/kwh以上，如果每年有效光照时间为200天，平均每天照明时间10小时，采用太阳能系统供电后每年每套路灯最少节省用电费用400元，2-3年即可收回改装投资成本。
如果将低压钠灯更换为LED灯源，投资回收期可缩短至1-2年。
（3）管理、维护成本低。
基于原有的路灯集中管理系统，可远程监控路灯运行情况，及时发现故障路灯，降低维护成本。
2、推广风电光电互补型路灯系统
对于风资源比较丰富的地区，还可以采用风电与光电互补为路灯系统提供充足的电源，弥补了由单一太阳能作为能源供给所带来了系统容量浪费等问题。
3、大力开拓农村市场
相对于城市道路，在乡村道路上安装太阳能路灯更具有优势性，原因有以下几点：
（1）现有的乡村道路大部分没有架设路灯，而随着农村经济的发展和人们生活水平的提高，道路照明需求将快速增长，这就为太阳能路灯提供了广阔的市场。
（2）乡村基础设施不够完善，很多乡村道路在建设初期没有考虑道路照明，也没有预埋照明电缆，如果架设普通路灯，工程量较大。
而采用太阳能路灯系统，则会大大降低工程造价。
（3）乡村道路照明系统较为分散，不利于传统路灯的集中管理与维护，而且农村无专业人员负责对路灯系统进行监控，路灯的日常维护困难。
基于以上几点，太阳能路灯在农村市场的推广具有得天独厚的优势。
而且在农村推广太阳能路灯也符合农村绿色环保的发展要求。
4太阳能路灯生产项目投资
太阳能路灯生产项目投资主要从生产设备投资和生产厂房投资两方面来考虑。
4.1设备投资
1、太阳能电池板
太阳能电池板生产所需的设备主要为电池板组件生产线，投资金额从几十万到几百万不等，主要看自动化程度和生产线产能。
投资自动化生产线，对厂房及员工技能要求较高，投资成本大，生产效率也高，适合太阳能电池板大规模生产加工。
如果只生产太阳能路灯所需电池板，可选择单机设备，主要包括层压机、修边机、检测仪以及相关辅助设备，其他工序人工完成。
单机设备投资小，生产效率低，对厂房和员工技能的要求也较低，适合小规模生产太阳能电池板组件。
若按年产20000套太阳能路灯计算，则层压机的年产能可设计为4MW，加上其他辅助设备，总投资金额在50万元左右。
2、蓄电池
蓄电池生产涉及的设备有蓄电池装配设施、蓄电池热封机、蓄电池灌酸装备、蓄电池充放电设备以及环保设备、产品检测等设备。
如果投资蓄电池生产，除了办理《工业产品生产许可证》等常规手续外，还要到到国家质量监督检验检疫总局申请办理《铅酸蓄电池产品生产许可证》。
由于铅酸蓄电池生产涉及危化品和高污染物，环保部门对铅酸蓄电池生产企业的审查相当严格，所以，投资蓄电池生产比较困难。
3、灯杆
灯杆一般采用普通钢板通过裁剪、折弯、焊接、弯管、打磨、镀锌等工序加工而成。
所需设备主要有：
钢板斜剪机、折弯机、自动合缝埋弧焊机、校直机、弯管机等，根据设备大小、自动化程度，设备的投资金额从几十万到几百万不等，如果只生产普通照明路灯灯杆，全套生产设备的投资在100万左右。
4、控制器、灯具
控制器和灯具属电器元件，生产加工涉及电气行业相关资质，而且无论从生产技术、原材料及零部件采购还有销售渠道，我们都不占优势，如果仅满足公司太阳能路灯需求量，生产成本要比同行业其他企业高很多，所以投资太阳能路灯生产项目所需控制器和LED灯具可从市场采购。
4.2生产厂房投资
由于太阳能电池板生产需要无尘环境，现有生产厂房无法满足生产要求，因此，如果投资太阳能电池板生产，还需新建符合标准的无尘厂房。
而生产加工路灯灯杆，以现有厂房的面积，也无法满足灯杆下料、折弯、焊接等设备摆放以及活件周转、存放的需要。
所以，如果投资太阳能路灯生产加工项目，还需新建配件生产厂房。
5总结
太阳能资源的利用是目前解决能源危机、减少环境污染的最有效的措施之一，而太阳能路灯作为新能源产品，具有传统路灯无可替代的优势，势必成为未来路灯发展的新方向，市场潜力巨大。
但是太阳能路灯发展至今，仍存在一些问题没能有效解决，人们对太阳能路灯的认可度不高，导致太阳能路灯不能大规模推广。
而且随着市电LED路灯的大面积普及，太阳能路灯的优势已经被削弱，所以在光伏发电技术和储能技术没有出现新的突破之前，太阳能路灯还无法大规模代替传统路灯。
单纯的依靠太阳能或者其他新能源作为能量供给的路灯发展空间有限。
所以，太阳能路灯必须与传统能源相结合，才能正真发挥太阳能节能、环保的优势。
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