太陽能路燈設(shè)計(jì)方案

.太陽能路燈設(shè)計(jì)1、太陽能路燈的組成太陽能路燈由太陽能電池板(包括支架)、燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器、蓄電池等)和燈桿、基礎(chǔ)等幾部分構(gòu)成。太陽能路燈一般各自成供電系統(tǒng)，不與常規(guī)路燈供電網(wǎng)絡(luò)連接。太陽能路燈系統(tǒng)主要有12V與24V兩種。2、工作原理介紹 太陽能路燈是利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池板，白天接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至5lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電12小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是控制路燈打開和關(guān)閉，同時(shí)保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。 3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、太陽能板功率計(jì)算：l.類型 太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。較實(shí)用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池等三種。1) 單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定適合在陰雨天比較多、陽光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū)使用；2) 多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格比單晶硅低適合在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)使用；3）非晶硅太陽能電池對(duì)太陽光照條件要求比較低，適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。4.平均峰值日照時(shí)數(shù) h 太陽能電池輸出功率Wp即是標(biāo)準(zhǔn)太陽光照條件下，歐洲委員會(huì)定義的10l標(biāo)準(zhǔn)，輻射強(qiáng)度1000W/m2,大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度252C條件下，太陽能電池的輸出功功率。不同的時(shí)間，不同的地點(diǎn)，同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。所謂標(biāo)準(zhǔn)條件，接近平時(shí)晴天中午前后的太陽光照條件。5.功率計(jì)算太陽能板功率= 日耗電量 120%太陽能板工作電壓日照系數(shù)效率系數(shù)1) 日耗電量：為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)2) 120% ：太陽能路燈組件中的線損、控制器的損耗、及鎮(zhèn)流器或恒流源的功耗3) 效率系數(shù): 蓄電池的充電接受效率，正常取0.74) 日照系數(shù): 按“表1”5) 太陽能板工作電壓： 12V 系統(tǒng)為17.4V，24V 系統(tǒng)為36V6.案例分析計(jì)算：案例：哈爾濱市， 12V 蓄電池系統(tǒng)， LED 功率為24W，每天足功率亮燈5 小時(shí)，計(jì)算出太陽能板的功率。太陽能板功率=日耗電量 120%太陽能板工作電壓日照系數(shù)效率系數(shù)太陽能板功率=24W12V5h120%17.4V4.4 0.7太陽能板功率=67.9W實(shí)際可取決70W表1城市緯度最佳傾角（0）年平均日照時(shí)間（h）城市緯度最佳傾角（0）年平均日照時(shí)間（h）哈爾濱45.68+34.4杭州30.23+33.42長(zhǎng)春43.90+14.8南昌28.67+23.81沈陽41.77+14.6福州26.08+43.46北京39.8+45濟(jì)南36.68+64.44天津39.10+54.65鄭州34.72+74.04呼和浩特40.78+35.6武漢30.63+73.80太原37.78+54.8長(zhǎng)沙28.20+63.22烏魯木齊43.78+124.6廣州23.13-73.52西寧36.75+15.5?？?0.03+123.75蘭州36.05+84.4南寧22.82+53.54銀川38.48+25.5成都30.67+22.87西安34.30+143.6貴陽26.58+82.84上海31.17+33.8昆明25.02-84.26南京32.00+53.94拉薩29.70-86.7合肥31.85+93.69二、蓄電池容量計(jì)算1、公式：蓄電池容量=日耗電量連續(xù)陰雨天數(shù)放電深度1) 日耗電量：為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)2) 連續(xù)陰雨天數(shù)：要求的陰雨天數(shù)，應(yīng)該再加上陰雨天前一夜的照明3) 放電深度：鉛酸電池的放電深度取0.72、案例分析計(jì)算：案例：哈爾濱市， 12V 蓄電池系統(tǒng)， LED 功率為24W，每天足功率亮燈5 小時(shí)，要求連陰雨天數(shù)為3 天，計(jì)算出蓄電池所需容量。蓄電池容量=日耗電量連續(xù)陰雨天數(shù)放電深度蓄電池容量=(24W12V)5h(3+1) 0.7蓄電池容量=57Ah實(shí)際可采用12V60Ah型號(hào)電池三、控制器 太陽能路燈的運(yùn)行由控制器來控制?？刂破鞔蠖紝?shí)現(xiàn)了智能控制控制器應(yīng)具有以下功能：1路燈控制 光控、時(shí)控、溫控等功能供選擇。具有調(diào)光(或半夜燈)功能2蓄電池管理 對(duì)蓄電池充放電條件加以限制，延長(zhǎng)其使用壽命：6) 防反充電控制：7) 防過充電控制：8) 防過放電控制；9) 溫度補(bǔ)償。10)3自動(dòng)保護(hù) 太陽電池反接保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、夜間防反充保護(hù)、輸出短路保護(hù)等。4數(shù)碼顯示 顯示太陽能路燈主要參教：蓄電池電壓、太陽電池光伏電壓等。5控制器電壓 控制器電壓=蓄電池電壓。四、太陽能電池傾角設(shè)計(jì) 太陽能電池傾角是指太陽能電池板平面與水平地面的夾角。 太陽能電池組件傾角(指太陽電池板平面與地平面夾角)在技術(shù)界多有探討。傾斜角度按所在地理位置(緯度等)確定；將太陽能電池板正面正對(duì)太陽(或正南稍偏西)，傾角與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢录瓤扇鐥l件允許，太陽能電池板的傾角可隨季節(jié)變化做出相應(yīng)調(diào)整。 我國主要城市的太陽能電池安裝傾角參照“表1”。五、太陽能路燈抗風(fēng)設(shè)計(jì)1太陽能電池組件抗風(fēng)設(shè)計(jì) 根據(jù)最大風(fēng)力的大小進(jìn)行太陽能路燈抗風(fēng)設(shè)計(jì)：表2 風(fēng)力和風(fēng)速對(duì)應(yīng)關(guān)系名稱最大風(fēng)速（m/s）風(fēng)力（級(jí)）名稱最大風(fēng)速（m/s）風(fēng)力（級(jí)）熱帶低壓（TD）10.8 17.167(底層中心)臺(tái)風(fēng)（TY）32.7 41.412 13熱帶風(fēng)暴（TS）2 24.489強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（STY）41.5 50.914 15強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（STS）24.5 32.610 11超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)（Super TY）51.016注：摘自“GB/T 19201-2006” 、我南方沿海臺(tái)風(fēng)偏多，太陽能路燈燈桿至少應(yīng)能抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)，北方多數(shù)地區(qū)應(yīng)能抗10級(jí)大風(fēng)。2路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)1) 太陽能組件：廠家應(yīng)保證能承受當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速而不至于損壞，重點(diǎn)是電池組件支架與燈桿的連接。2) 燈桿和基礎(chǔ)；路燈燈桿和基礎(chǔ)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)與電池板高度、面積、傾角及燈桿結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速等有關(guān)，應(yīng)由燈桿廠家或結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，保證最大風(fēng)速時(shí)太陽能路燈燈桿的穩(wěn)定性。A、太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì) 依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng)），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。 在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用螺栓桿固定連接。 B、路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì) 路燈的參數(shù)如下： 電池板傾角A = 30度 燈桿高度 = 7m 設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度 = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm 如圖3，焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計(jì)算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為PQ = 5000+（168+6）/tan16o Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F1.545。 根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)最大允許風(fēng)速，230W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3730 = 949N。 所以，M = F1.545 = 9491.545 = 1466N.m。 根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = （3r23r23）。 上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，是圓環(huán)寬度。 破壞面抵抗矩W = （3r23r23） =（384243844243）= 88768mm3 =88.768106 m3 風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W = 1466/（88.768106） =16.5106pa =16.5 Mpa215Mpa 其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。 所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。七、防雷和接地l.屬安全電壓 太陽能路燈一般使用DCl2V或DC24V屬安全電壓，不做電氣保護(hù)接地2.防雷接地1) 不可用路燈、太陽能電池板作為接閃器；2) 用金屬燈柱兼作接閃器和引下線：3) 路燈基礎(chǔ)鋼筋籠在-0.50m以下其鋼筋表面積太于0.37m2時(shí)，可作為防雷接地體。否則應(yīng)增加人工接地極，接地電阻10歐必要時(shí)將接地體連接。接地做法同一般路燈4) 在路燈控制器內(nèi)設(shè)置TVS(瞬態(tài)電壓抑制)防雷保護(hù)太陽能路燈設(shè)計(jì)舉例例：鄭州市某道路人行道擬安裝LED太陽能路燈燈高5，路燈輸入電壓24V，功率70W，每天工作8.5h保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天提供照明。試進(jìn)行LED太陽能路燈設(shè)計(jì)1太陽能電池選擇1) 鄭州市年平均日照時(shí)間：查“表1”：4.04h。2) 路燈日耗電： (70/24)*8 5=24.79(Ah)3) 蓄電池組總充電電流： (2479*1 05)(404*0 85)=7.58(A） l.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，O85為蓄電池充電效率4) 太陽能電池組總功率t 7.58*348=263.78(W) 選擇2塊Pm=135W太陽能電池板并聯(lián)最佳工作電壓34.8v最佳工作電流3.88A組件尺寸800*1580*50(mm)。2蓄電池選擇 蓄電池容量: 7.58*(7+1)=60.64(Ah) 選擇24V一70Ah的免維護(hù)鉛酸蓄電池。3控制器 選擇智能型控制器根據(jù)