基于太阳能电源的生态公路照明光源比选[1]

　　针对公路建设的环境问题， 人们一直在探索如何在可持续发展理论的指导下使公路建设与环境保护相结合， 于是提出了生态公路的理念。生态公路是生态学与公路建设相结合的产物，其发展应遵循自然生态规律与区域公路的发展要求，生态公路照明理所当然也要符合生态环保和节能低碳的建设要求[1]。

　　1 项目背景

　　1.1 工程概况

　　项目位于中国北方某资源型城市市区南部， 该地区原为采煤塌陷区，属次生下沉式湿地，总面积达2000公顷，过去曾经满目狼藉，环境恶劣，经过多年综合治理，现在已经建成独具北方园林景观特色的城市中央生态公园。该项目名称是生态公园环湖生态景观公路，工程穿行于湖区大小水体周边，成为该市发展湿地生态旅游的重要基础性工程。

　　工程包括环湖主线和各支线、连接线工程，总长33.7km，总投资2.3亿元。为了保护湿地生态系统的完整，建设者对该项目表现出了超常的环境关注， 项目通过采用先进的设计施工和生态环保技术，处处追求环保节能的目标，实现了公路建设与生态环境保护、园林景观的有效协调，既达到了“景中有路、路即是景、浑然一体”的建设定位，又达到了工程造价、工期、质量、安全等方面的严格要求，项目的成功建设极大地补充和丰富了生态公路设计理念，成为环境友好、资源节约、人与道路、环境相互协调的典范。该工程项目建议书荣获“2009年度河北省优秀工程咨询成果三等奖”，施工图设计荣获“2009年河北省优秀工程勘察设计一等奖”。

　　1.2 生态公路照明要求

　　众所周知， 生态公路是建立在交通发展与环境相互协调的基础上，以生态系统自然的良性循环为基本原则，综合考虑决策、设计、施工、运营、管理的全过程，在一定区域范围内结合环境、经济和社会发展状况而建立起来的公路系统。为了给游人创造良好的视觉环境，保障交通安全， 该项目全线设置功能照明。

　　首先，生态公路照明要满足功能要求。各种照明设备、节能措施必须达到安全可靠、科学合理、经济使用、维护方便的要求。实际工作中，应根据项目规模和经济实力，严格按标准设计、按规划建设，既要保证照明系统功能达到各项技术指标和节能效果，又要防止以牺牲照明效果单纯追求节能[2]。

　　其次，生态公路照明要追求生态节能目标。当前，建设节约型社会和低碳经济已成为我国的一项重要国策， 建设部颁发的《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》对道路照明要求年节电目标达5%，2006～2010年累计节电要达到25%， 因此节电已成为道路照明的一项重要指标。

　　再次，道路照明节能已经不单纯是节电问题，同时要运用价值工程手段，考虑投资成本、运行维护、设备管理以及道路的照明功能技术指标等问题， 在制定节电方案和进行照明设计时予以解决。

　　2 太阳能光伏发电技术

　　在资源日益缺乏的今天，太阳能是新世纪最理想的清洁能源、绿色能源，利用光伏发电技术将太阳能转化为电能，可以缓解环保压力和实现可持续发展， 这也正符合生态公路的环保节能要求， 因此该项目的功能照明电源选择太阳能光伏发电。

　　2.1 发电原理

　　太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件， 利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P－N结势垒区产生了较强的内建静电场， 因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴， 或者产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴。在内建静电场的作用下， 各向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。

　　2.2 太阳能独立式发电系统

　　太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类， 一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路，不和外部电网产生关系[3]。

　　独立式发电系统光伏阵列首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载， 并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过全桥逆变器后变成SPWM波， 然后再经过滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50Hz的正弦电压供给交流负载使用。