常见问题

1 问题背景

随着太阳能发电技术的发展，太阳能路灯应用于众多城市郊区和农村的道路上，不仅亮化了道路，而且利用了清洁能源，减少了污染，节约了能源。目前，太阳能路灯大多数是由太阳能电池板、灯杆、光源、路灯基础、蓄电池和控制系统等组成，如图1所示。现有太阳能路灯大多采用灯杆和蓄电池箱分离的形式，太阳能路灯一般都安装在远离城区的偏远地方，而蓄电池体积较大，一般是埋在路灯基础旁边的地下土层里。太阳能路灯的蓄电池价格昂贵，又处于道路旁边，非常容易被不法分子大肆偷盗，不仅影响了正常照明，给道路照明造成了不必要的财产损失，又给城市治安带来了不良影响。如何确保太阳能路灯蓄电池不被不法分子盗窃破坏，成了迫切需要解决的问题]。

图1 太阳能路灯系统组成图

目前，解决该问题的方法有：1) 路灯基础旁做电池井，将蓄电池深埋入地下，不容易挖掘起到防盗效果；2) 安装路灯防盗报警器，当路灯发生被盗等故障时，报警器发出报警，工作人员及时赶到现场阻止偷盗。

上述常用方法都只是起到了有限的防盗作用，而对于利用机械工具深挖、较远路段未等，会出现工作人员赶到已被盗走等情况，故有必要在目前的太阳能路灯技术条件下找到更好、更有效的防盗方法。

2 问题描述

目前，太阳能路灯大多数是由太阳能电池板、灯杆、光源、路灯基础、蓄电池和控制系统等组成，如图2所示。

图2 太阳能路灯系统组成框图

现有太阳能路灯大多采用灯杆和蓄电池箱分离的形式，太阳能路灯一般都安装在远离城区的偏远地方，而蓄电池体积较大，一般是埋在路灯基础旁边的地下土层里，如图3和图4所示。太阳能路灯的蓄电池价格昂贵，又处于道路旁边，非常容易被不法分子大肆偷盗。

图3 蓄电池和路灯基础安装图(地埋箱放蓄电池)

图4 蓄电池和路灯基础安装图(预制水泥坑放蓄电池)

3 问题分析

3.1 原因分析

为什么蓄电池会被偷盗，因为废旧蓄电池都被回收，能卖钱，且容易偷盗；为什么容易偷盗，因为目前太阳能路灯的蓄电池采用直埋的方式埋在路灯灯杆旁边的土里；为什么采用直埋的方式，因为这种方式成本较低，容易维修；为什么埋在路灯灯杆旁边的土里，而不放在别的地方，因为这种方式成本较低。

由此可知，要解决太阳能蓄电池防盗问题，就得找一个成本较低且容易维修的方式，来处理蓄电池在太阳能路灯系统中的存放位置或形式。

3.2 影响因素分析

影响蓄电池防盗的因素很多，通过鱼骨图分析(见图5)可以看出，比如人，如果道德好，法律意识强，就不会去偷盗蓄电池，再比如没有专业的工具或者人工不能偷盗，也就减少了蓄电池被盗的几率。

图5 鱼骨图分析图

3.3 AFD失效分析

应用AFD思维来反向思考蓄电池被盗的问题，即创造条件让蓄电池很容易能被盗，AFD失效分析见表1 ，通过反向分析，只要把蓄电池隐藏起来或者做的很小，使其不容易偷盗或者偷盗成本很大，就能起到防盗的作用。

表1 AFD失效分析

3.4 九窗口分析

通过九窗口分析(见图6)，可以找到新型的、更小的充电电池代替蓄电池，或者通过其他系统来代替太阳能路灯系统，不过由于技术成熟度问题，这些做法的成本非常高，所以目前不适合。

图6 九窗口分析图

3.5 根本原因分析

由于太阳能路灯蓄电池价格比较昂贵，而偷盗蓄电池比较容易，成本较低，有利可图，故经常发生太阳能路灯蓄电池被盗的事情，所以应想办法提高蓄电池的偷盗成本和难度。

3.6 需求分析

通过上述分析可知，提高蓄电池的偷盗成本和难度，使得偷盗无利可图，就会减少或杜绝太阳能路灯蓄电池被偷盗的现象。

3.7 功能分析

功能分析图如图7所示。蓄电池分离于太阳能路灯系统，造成蓄电池容易被盗。冲突区域确定，建立问题模型图如图8所示。

图7 功能分析图

图8 问题模型图

使蓄电池和太阳能路灯系统成为一个有效的整体，提高了太阳能路灯蓄电池的偷盗成本和难度，但同时不能提高太阳能路灯的造价成本和安装难度。

3.8 资源分析

1)资源列表。物资资源包括蓄电池箱、灯杆、基础、太阳能板、光源、土地、控制器和导线；场资源包括重力场、地磁场、电场；信息资源：控制信号。

2)初步资源分析。路灯基础深埋于地下，其具有一定的质量和强度，蓄电池有一定的质量，可利用蓄电池的质量来代替一部分基础的质量。

3.9 方案分析

理想方案如图9所示。没有蓄电池的太阳能路灯系统就无蓄电池可盗。次理想方案如图10所示。只有路灯基础，没有蓄电池，即路灯基础就是蓄电池，也就无物可盗了。

图9 理想方案图 图10 次理想方案图

4 工具选择

通过对发明问题的分析发现， TRIZ技术冲突解决原理——发明原理中的No.5、No.22可提供一定的借鉴。其中，No.5 合并在空间上将相似的物体连在一起，使其完成并行的操作；在时间上合并相似或相连的操作。No.22 变有害为有益：1)利用有害因素，特别是对环境有害的因素，获得有益的结果；2)通过与另一种有害因素结合消除一种有害因素；3)加大一种有害因素的程度使其不再有害。同时还发现可惜鉴技术系统进化定律2(增加理想化水平)来解决问题， 该定律是指技术系统向增加理想化水平的方向进化。按下述增加技术系统的效益，如实现更多的功能、更好地实现功能、减少成本或副作用，均可增加技术系统的理想化水平。

理想化程度：Ideality=Benefits/(Costs+Harm)，可通过增加系统的功能，传输尽可能多的功能到元件上，将一些系统功能转移到超系统或外部环节中，利用内部或外部已存在的可利用资源来实现。理想方案是只有路灯基础，没有蓄电池，即按照没有蓄电池或者蓄电池很难找到的思路进行系统进化设计，用路灯基础来放置蓄电池，保护蓄电池。

1)合并——提高系统的协调性。把蓄电池和路灯集成在一起安装，路灯基础的结构保护了蓄电池。

2)变有害为有益——消除有害作用。蓄电池自身的质量对太阳能路灯是有害的，而把蓄电池放在路灯基础里，就可以把蓄电池的质量合并算到路灯基础质量里，从而可以减少路灯基础自有的质量。

蓄电池技术飞速发展，蓄电池的质量和寿命都有所提高，一般蓄电池应用3～5年内不用维护，即不用像以前一样经常把蓄电池挖出来进行维护；因此，可以考虑把蓄电池和路灯基础、灯杆进行一体化设计安装，如果要偷盗蓄电池，就需把整个路灯都破坏或者偷盗，这样偷盗的成本和难易程度都升高，盗取的价值远远低于付出的成本，无利可图。

5 解决方案

适当扩大路灯基础，使其中间留出蓄电池的放置位置。预制完路灯基础后，把蓄电池放置于基础内，再在基础上安装灯杆。路灯基础是用水泥和钢筋做的，保护了蓄电池，基础上又安装了路灯，使蓄电池不容易从上方取出。蓄电池和路灯基础安装示意图如图11所示。

图11 蓄电池和路灯基础安装示意图

钢筋框架预埋在混凝土内，蓄电池室设置在钢筋框架上端部，蓄电池室上部取放蓄电池口处设置有底板法兰盘和灯杆法兰盘，灯杆通过固定螺钉固定，PVC出线管安装在底板法兰盘和灯杆法兰盘中间；蓄电池室、钢筋框架和混凝土埋在地平面下面；螺钉杆和钢筋框架连在一起；灯杆用固定螺钉固定在灯杆法兰盘上。

6 解决方案的评价

6.1 优势

本方案利用蓄电池的质量来代替一部分路灯基础的质量，减少了路灯基础的材料消耗，但路灯基础的质量和强度没有改变；把蓄电池和路灯集成在一起安装，路灯基础的结构和路灯灯杆保护了蓄电池；不需要再为蓄电池开挖另外的存储仓，也不需要安装蓄电池地埋箱，从而节约了太阳能路灯的安装成本；提高了太阳能路灯蓄电池的偷盗成本和难度，使得偷盗无利可图，以杜绝太阳能路灯蓄电池被盗现象；蓄电池室处于钢筋混凝土基础内和灯杆下面，且有法兰盘保护，雨水不容易进入，延长了蓄电池的使用寿命；方便了蓄电池的维修，只要把路灯灯杆吊开，就可以维修，不需要像传统太阳能路灯维修蓄电池那样挖开存放蓄电池的土层，打开地埋箱后才能进行维修。

6.2 劣势

本方案只是使蓄电池的偷盗成本和难度增加，不值得去偷盗，而没有达到理想解程度，即无蓄电池可盗。