薄膜太陽能電池在燈樁上的應(yīng)用探討

◎ 鄭志平 陳得新 南海航海保障中心湛江航標處

二十一世紀，環(huán)保是國際社會的主要議題，我國也提出了生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，太陽能電池的應(yīng)用是我國在環(huán)保領(lǐng)域的重大突破。近年來，隨著我國城市化速度的提高，將薄膜太陽能電池應(yīng)用在建筑工程的燈樁上，亦是我國科研人員與建筑企業(yè)共同關(guān)注的問題。它不僅能夠為實現(xiàn)我國生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標提供助益，它還能夠降低建筑企業(yè)施工成本，促進企業(yè)發(fā)展。因此，對薄膜太陽能電池在燈樁上的應(yīng)用進行探討具有現(xiàn)實意義。

1.燈樁的供電特點

對燈樁供電，一般要考慮燈樁的助航燈器用電和照明燈器用電以及燈樁建設(shè)期間的施工用電等。本文討論的主要是燈樁建成后的助航燈器和照明燈器等供電。因為燈樁建設(shè)期間的施工用電是短暫的，一般都需要交流電，在沒有交流電的地方，可以自備發(fā)電機組解決施工供電問題，所以在此對施工供電不展開討論。

1.1 燈樁的助航燈器供電

目前，對燈樁的助航燈器供電，主要有二種方法：一種是晶硅太陽能電池供電；另一種是交流電供電。關(guān)于晶硅太陽能供電。可分三步考慮，第一步考慮助航燈器每天耗電量；第二步考慮太陽能電池的計算功率；第三步，根據(jù)太陽能電池的計算功率，結(jié)合轄區(qū)的經(jīng)驗和市場上成品太陽能電池的規(guī)格來配置太陽能電池。過去，4海里射程的鎢絲燈泡約25瓦，現(xiàn)在4海里的LED燈珠約7瓦?；?瓦的LED燈珠進行計算，平均1瓦用電設(shè)備，配置5瓦太陽能電池和12伏25安時的蓄電池即可滿足要求。另一種是安裝交流電，將交流電通到的燈樁，可以較好解決燈樁供電。

1.2 燈樁的照明燈器供電

燈樁的照明，在安裝有交流電的燈樁，如果每層（3米高算一層）按面積5平方米、照度200勒克斯算，大約需要安裝1盞30瓦左右的燈泡就滿足要求，這對于交流電供電的燈樁是完全沒有問題的。但在沒有交流電而采用太陽能供電的燈樁，如果每層（3米高算一層）面積同樣按5平方米、照度降低到100勒克斯算，大約需要安裝1盞15瓦左右的燈泡才滿足要求。比如一座12米高的燈樁，需要60瓦的燈泡，這樣照明燈泡的用電約等于助航燈器的用電（按7瓦算）的9倍。這樣不但需要增加9倍的蓄電池的用量，而且需要增加9倍的太陽能硅板的用量（計360瓦），這就必須加大燈樁頂部平臺板面積。

2.現(xiàn)有供電方法的應(yīng)用效果及存在的問題

2.1 晶硅太陽能供電的應(yīng)用效果及存在的問題

晶硅太陽能電池在燈樁上的應(yīng)用已經(jīng)有30年左右了。早期的晶硅太陽能電池價格比較貴，在100元瓦左右，現(xiàn)在價格越來越便宜，約40元瓦?，F(xiàn)用的晶硅太陽能板需要安裝在太陽光不受遮擋的燈樁頂部，還要講究太陽光照射的角度。在有太陽光的天氣并且太陽光照射效果好的時候，發(fā)電效果很理想。但在陰雨天，發(fā)電效果就很差，但多用一些晶硅太陽能板和蓄電池也能應(yīng)付過去。

為了安裝晶硅太陽能板，通常要在燈樁的頂部設(shè)計一個平臺，用以安裝固定晶硅太陽能板的支架。晶硅太陽能板支架的安裝占一定的空間，這對燈樁的造型美感有較大的影響，對助航燈器的安裝和上人孔的位置也是不利的。并且，在日常的航標維護中，還要花上大量的時間來維護保養(yǎng)這些晶硅太陽能板支架。

總的來說，燈樁頂部安裝較多的太陽能硅板，無論是從燈樁的造型美感來看，或者是對工作來說，都是不利的。

2.2 交流電供電的效果及存在的問題

燈樁如果能安裝交流電，并配置足量的蓄電池，燈樁的所有用電設(shè)備的用電都好解決。但是，燈樁一般建設(shè)在偏僻的航道岸邊或礁石上，往往很難安裝到交流電。就算附近有交流電，但由于現(xiàn)在的燈樁都是無人值守的，這對于交流電線路的保護是非常困難的，投入很大，很不劃算。

3.薄膜太陽能電池的發(fā)展優(yōu)勢

薄膜太陽能電池是一種新型的非晶硅太陽能電池，是一種緩解能源危機的新型光伏原件。薄膜太陽能電池的發(fā)展優(yōu)勢比較多，在這里主要考慮在燈樁應(yīng)用上的幾方面的優(yōu)勢。

3.1 制造優(yōu)勢

薄膜太陽能電池的制造技術(shù)已很成熟。發(fā)電薄膜在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺射法和熱絲法等，已能實現(xiàn)大面積和大批量連續(xù)生產(chǎn)?？梢岳脙r格低廉的柔性塑料片（板）、玻璃板、陶瓷、石墨、金屬片（含不銹鋼板）等不同材料當基板來制造成品薄膜太陽能電池。塑料片、玻璃板、陶瓷、石墨、金屬片等基板材料比較容易找到。目前，薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在實驗室里最高已達20%以上，在規(guī)模化量產(chǎn)方面穩(wěn)定效率達13%以上，已滿足商品化需求。

3.2 弱光發(fā)電優(yōu)勢

現(xiàn)用的晶硅圓太陽能電池需要在有太陽光的天氣，并且光照效果好的時候發(fā)電才理想。而薄膜太陽能電池，不僅是在有太陽光照射的時候能發(fā)電，就是在弱光的情況下也能發(fā)電，能夠很好地解決燈樁陰雨天供電問題。

3.3 安裝優(yōu)勢

薄膜太陽能電池除了制作成平面外，還具有可撓性，電池膜本身的厚度很薄，不足1微米，制作成成品電池板的厚度也不到20毫米，所以很方便安裝在建筑物（或構(gòu)筑物）的墻上，不管是平的墻面或者是弧形墻面（直徑不小于600毫米）都可以安裝。比如現(xiàn)有的成品長1710毫米，寬999毫米，功率230瓦，不但可以安裝在平面上，也可以安裝在弧形面上，可以與建構(gòu)筑物相結(jié)合，或者是成為建構(gòu)筑物的一部分。因此，從安裝來看，薄膜太陽能電池應(yīng)用在燈樁上也是很有利的。

3.4 價格優(yōu)勢

薄膜太陽能電池的發(fā)電薄膜不到1微米的厚度就能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電壓。在同一受光面積同等的發(fā)電量之下，其厚度可低于晶硅圓太陽能電池的90%以上，較現(xiàn)用的晶硅圓太陽能電池大幅減少硅原料的用量，節(jié)約硅材料；另外，制造薄膜太陽能電池所需的基板材料如塑料片（板）、玻璃板、陶瓷、石墨、金屬片等屬于普通的材料，不缺貨源，容易采購。因而，薄膜太陽能電池價格比較便宜。

4.薄膜太陽能電池在燈樁上的應(yīng)用

4.1 薄膜太陽能電池的選擇

燈樁用薄膜太陽能電池的選擇，主要考慮以下幾點：

一是薄膜太陽能電池的顏色選擇。在顏色選擇上，應(yīng)當以黑色為主，因其在發(fā)電方面效果最好。

二是薄膜太陽能電池的基板材料的選擇。具體而言，如果燈樁樁身橫截面是平面的，那么對于薄膜太陽能板的選擇比較寬廣，無論是平面式的或者是可撓的薄膜太陽能板都可選用；如果燈樁樁身橫截面是弧形的，就只能選擇具有可撓性的基板的太陽能板。

三是薄膜太陽能電池的功率選擇。薄膜太陽能電池的功率選擇，第一步考慮助航燈器的功率；第二步考慮照明燈器的功率（如果有）；第三步根據(jù)用電總功率和薄膜太陽能板的安裝方法（水平面安裝還是垂直面安裝）確定所需的薄膜太陽能板的功率。

4.2 薄膜太陽能安裝設(shè)計

薄膜太陽能電池安裝的關(guān)鍵是需要考慮燈樁建筑設(shè)計，即薄膜電池板作為燈樁樁身的一個整體進行設(shè)計，使燈樁造型達到整齊劃一。樁身墻面要預(yù)留穿線孔，燈樁室內(nèi)要設(shè)置蓄電池室存放蓄電池。對確定蓄電池的用量的方法，薄膜太陽能電池與現(xiàn)用的晶硅太陽能電池是相同的。樁身外面的太陽能電池板所生產(chǎn)的電通過導(dǎo)線傳輸?shù)绞覂?nèi)的蓄電池，然后再由蓄電池供給用電設(shè)備。另外，樁身墻面的預(yù)留穿線孔要做好防水處理。

5.結(jié)束語

現(xiàn)有的供電方法還存在諸多局限。薄膜太陽能電池具有占用空間小、外形美觀、陰雨天可長期供電以及價格較低等優(yōu)勢，因此應(yīng)當注重應(yīng)用該電池。另外，現(xiàn)階段太陽能電池涂料新產(chǎn)品亦在研究中，一旦該涂料實現(xiàn)商品化，那么將其與燈樁墻面相結(jié)合，在將來也是燈樁供電好選擇。