太陽能路燈設(shè)計(jì)方案方法

太陽能路燈設(shè)計(jì)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。對(duì)體系的抗風(fēng)設(shè)計(jì)很是有利；燈頭部分以1W白光LED和偵黃光LED集成于印刷電路板上羅列為時(shí)常間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源，效力較高，體系由太陽能電池組件部分（蘊(yùn)涵支架）、LED燈頭、料理箱（內(nèi)有料理器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成;太陽能電池板光效到達(dá)127Wp/m2。雅觀耐用；料理箱內(nèi)棄捐免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電料理器，料理箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)。故又被稱為〃免維護(hù)電池〃，由于其維護(hù)很少，有利于體系維護(hù)費(fèi)用的減少；充放電料理器在設(shè)計(jì)上統(tǒng)籌了功效不光（完備光控、時(shí)控、過充保障、過放保障和反接保障等）與成本料理，本體系選用閥控密封式鉛酸蓄電池，實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。一太陽能電池選擇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。工作電壓太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的1.5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如給6v蓄電池充電需要用8?9V太陽能電池，給12V蓄電池充電需要用15?18V太陽能電池。給24V蓄電池充電需用33?36V太陽能電池。輸出功率Wp太陽能電池的單位面積輸出功率約127Wp/m2。太陽能電池一般由多個(gè)太陽能單元電池串聯(lián)組成，其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當(dāng)?shù)靥柲茌椛淠芰?。太陽能電池組輸出功率宜為光源功率的3?5倍以上：光照豐富、開燈時(shí)短地區(qū)為（3?4）倍以上，反之為（4?5）倍以上。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101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。表一一1我國(guó)不同地區(qū)天陽光照條件區(qū)域劃分豐富地區(qū)比較豐富地區(qū)可以利用地區(qū)貧乏地區(qū)年總輻射量（KJ/cm2.年）N580500?580420?500<420地域內(nèi)蒙西部、甘肅西部、新疆南部、青藏高原新疆北部、東北、內(nèi)蒙東部、華北、陜北、寧夏、甘肅部分、青藏高原東側(cè)、海南、臺(tái)灣東北北端、內(nèi)蒙呼盟、長(zhǎng)江下游、福建、廣東、廣西、貴州部分、云南、河南、陜西重慶、四川、貴州、廣西、江西部分地區(qū)連續(xù)陰雨天數(shù)2375特征年日照日3000h百分率N0.75年日照2400?3000h百分率0.60.7年日照1600?2400h百分率0.6?0.4年日照＜1600h百分率＜0.4表——2年總輻射量與日平均峰值日照時(shí)數(shù)對(duì)應(yīng)表年輻射總量（KJ/cm2.年）420460500540580620660700740平均峰值日照時(shí)數(shù)（h）3.193.503.824.144.464.785.105.425.725.太陽能池組選擇和安裝路燈桿一般在5m以上，重心較高.大部分太陽電池板都是懸掛式，為增強(qiáng)整套設(shè)備的抗風(fēng)力，一般選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。表一一3我國(guó)主要城市年平均日照時(shí)間及最佳安裝傾角城市緯度最佳傾角（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海口20.03+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太陽能電池組件選型負(fù)載輸入電壓24V功耗，設(shè)計(jì)哀求：廣州地域，天天職業(yè)時(shí)數(shù)h，保證相連慘淡天數(shù)7天。⑴廣州地域近二十年年均輻射量，經(jīng)儉約計(jì)算廣州地域峰值日照時(shí)數(shù)約為；⑵負(fù)載日耗電量==⑶所需太陽能組件的總充電電流=xx^(x)=兩個(gè)相連慘淡天數(shù)之間的設(shè)計(jì)最短天數(shù)為20天，為太陽能電池組件體系歸納弊害系數(shù)，在這里，為蓄電池充電效力。⑷太陽能組件的最少總功率數(shù)=X=102W選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的尺度電池組件，該當(dāng)能夠保證路燈體系在一年大無數(shù)情形下的正常運(yùn)行。蓄電池選擇蓄電池在有光照太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到夜晚需要照明的時(shí)候再釋放出來。有廠家開發(fā)出不用蓄電池的太陽能路燈系統(tǒng)；太陽能電池組與電網(wǎng)并聯(lián).由控制電路進(jìn)行切換.投資少，運(yùn)行和維修費(fèi)用省，能耗少，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。適用于近市網(wǎng)的路燈.庭院燈.廣告燈箱等。重點(diǎn)討論有蓄電池的太陽能路燈系統(tǒng).類型選擇鉛酸(CS)蓄電池：適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽能路燈采用。密封免維護(hù)，價(jià)格低。注意防止鉛酸污染，應(yīng)逐步淘汰。鎳鎘(Ni-Cd)蓄電池：放電倍率高、低溫性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，小型系統(tǒng)采用。注意防止鎘污染。鎳氫(Ni-H)蓄電池：高倍率放電，低溫性能好，價(jià)格便宜，無污染，為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采用。要大力提倡.目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池，普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。容量選擇蓄電池容量過小，不能滿足夜晚照明的需要；容量過大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費(fèi)。蓄電池容量（Ah）與負(fù)載容量（Ah）之比宜在3?6倍以上：連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為3?4倍以上，連續(xù)陰雨天教較多地區(qū)約為5?6倍以上。蓄電池聯(lián)結(jié)并聯(lián)連接時(shí).要考慮各單體電池間的不平衡影響。并聯(lián)組數(shù)不宜超過4組。注意蓄電池防盜。蓄電池設(shè)計(jì)容量計(jì)算相比于太陽能組件的峰瓦數(shù)要儉約。憑據(jù)上面的計(jì)算明晰，負(fù)載日耗電量。能夠相連職業(yè)7個(gè)慘淡天，蓄電池容量：，再加受騙初個(gè)傍晚的職業(yè)，在蓄電池布滿情形下。X（7+1）=（AH），選用2臺(tái)12V100AH的蓄電池就能夠舒服哀求了?？刂破鳎ㄒ唬┨柲苈窡舻倪\(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：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.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：1） 防反充電控制：2） 防過充電控制：3） 防過放電控制；4） 溫度補(bǔ)償。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。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。控制器電壓控制器電壓二蓄電池電壓。（二）1.退出保護(hù)電壓一些客戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，太陽能路燈在亮了一段時(shí)間后，尤其是連續(xù)陰雨天之后，路燈就會(huì)連續(xù)幾天甚至很多天不亮，檢測(cè)蓄電池電壓也正常，控制器、燈也都沒有故障。這個(gè)問題曾經(jīng)讓很多工程商疑惑，其實(shí)這個(gè)是“退出欠壓保護(hù)”的電壓值的問題，這個(gè)值設(shè)置的越高，在欠壓后的恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，也就造成了很多天都無法亮燈。LED燈恒電流輸出LED由于自身的特性，必須要通過技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行恒流或限流，否則無法正常使用。常見的LED燈都是通過另加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源來實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的恒流，但是這個(gè)驅(qū)動(dòng)卻占到整個(gè)燈總功率的10%-20%左右，比如一個(gè)理論值42W的LED燈，加上驅(qū)動(dòng)后實(shí)際功率可能在46-50W左右。在計(jì)算電池板功率和蓄電池容量的時(shí)候，必須多加10%-20%來滿足驅(qū)動(dòng)所造成的功耗。除此以外，多加了驅(qū)動(dòng)就多了一個(gè)產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)。工業(yè)版控制器通過軟件進(jìn)行無功耗恒流，穩(wěn)定性高，降低了整體功耗。輸出時(shí)段普通的控制器一般只能設(shè)置開燈后4小時(shí)或者8小時(shí)等若干個(gè)小時(shí)關(guān)閉，已經(jīng)無法滿足眾多客戶的需求。工業(yè)版控制器可以分成3個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段的時(shí)間可任意設(shè)置，根據(jù)使用環(huán)境的不同，每個(gè)時(shí)段可以設(shè)置成關(guān)閉狀態(tài)。比如有些廠區(qū)或者風(fēng)景區(qū)夜間無人，可以把第二個(gè)時(shí)段（深夜）關(guān)閉，或者第二、第三個(gè)時(shí)段都關(guān)閉，降低使用成本。LED燈輸出功率調(diào)節(jié)在太陽能應(yīng)用的燈具當(dāng)中，LED燈是最適合通過脈寬調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出不同的功率。限制脈寬或者限制電流的同時(shí)，對(duì)LED燈整個(gè)輸出的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如單顆1W的LED7串5并合計(jì)35W的LED燈，在夜間放電，可以將深夜和凌晨的時(shí)段分別進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，如深夜調(diào)節(jié)成15W、凌晨調(diào)節(jié)成25W，并鎖定電流，這樣即可以滿足整夜的照明，又節(jié)約了電池板、蓄電池的配置成本。經(jīng)長(zhǎng)期試驗(yàn)證明，脈寬調(diào)節(jié)方式的LED燈，整燈產(chǎn)生的熱量要小的多，能夠延長(zhǎng)LED的使用壽命。有些燈廠在為了達(dá)到夜間省電的目的，把LED燈的內(nèi)部做成2路電源，夜間關(guān)閉一路電源來實(shí)現(xiàn)輸出功率的減半，但實(shí)踐證明，此種方法只會(huì)導(dǎo)致一半的光源首先光衰，亮度不一致或者一路光源提早損壞。線損補(bǔ)償線損補(bǔ)償功能目前常規(guī)的控制器很難做到，因?yàn)樾枰浖O(shè)置，根據(jù)不同的線徑與線長(zhǎng)給予自動(dòng)補(bǔ)償。線損補(bǔ)償在低壓系統(tǒng)中其實(shí)是很重要的，因?yàn)殡妷狠^低，線損相對(duì)比較大，如果沒有相應(yīng)的線損電壓補(bǔ)償，輸出端的電壓可能會(huì)低于輸入端很多，這樣就會(huì)造成蓄電池提前欠壓保護(hù)，蓄電池容量的實(shí)際應(yīng)用率被打了折扣。值得注意的是，我們?cè)谑褂玫蛪合到y(tǒng)時(shí)，為了降低線損壓降，盡量不要使用太細(xì)的線纜，線纜也不要過長(zhǎng)。散熱很多控制器為了降低成本，沒有考慮散熱問題，這樣負(fù)載電流較大或者充電電流較大時(shí)，熱量增加，控制器的場(chǎng)管內(nèi)阻被增大，導(dǎo)致充電效率大幅下降，場(chǎng)管過熱后使用壽命也大大降低甚至被燒毀，尤其夏季的室外環(huán)境溫度就很高，所以良好的散熱裝置應(yīng)該是控制器必不可少的。MCT充電模式常規(guī)的太陽能控制器的充電模式是照抄了市電充電器的三段式充電方法，即恒流、恒壓、浮充三個(gè)階段。因?yàn)槭须婋娋W(wǎng)的能量無限大，如果不進(jìn)行恒流充電，會(huì)直接導(dǎo)致蓄電池充爆而損壞，但是太陽能路燈系統(tǒng)的電池板功率有限，所以侖繼續(xù)延用市電控制器恒流的充電方式是不科學(xué)的，如果電池板產(chǎn)生的電流大于控制器第一段限制的電流，那么就造成了充電效率的下降。MCT充電方式就是追蹤電池板的最大電流，不造成浪費(fèi)，通過檢測(cè)蓄電池的電壓以及計(jì)算溫度補(bǔ)償值，當(dāng)蓄電池的電壓接近峰值的時(shí)候，再采取脈沖式的涓流充電方法，既能讓蓄電池充滿也防止了蓄電池的過充。經(jīng)過多年的不斷升級(jí)，我們把這款工業(yè)極的控制器做了多處優(yōu)化，目前該款已被眾多客戶使用，口口相傳，很多客戶都是通過其他客戶的義務(wù)宣傳而認(rèn)識(shí)了我們，在此表示感謝，我們會(huì)繼續(xù)努力，不斷推出更好的產(chǎn)品，滿足更多客戶的需求。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?如條件允許?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(guó)主要城市的太陽能電池安裝傾角參照“表一一3”。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——4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?17.16?7(底層中心)臺(tái)風(fēng)(TY)32.7?41.412?13熱帶風(fēng)暴(TS)2?24.48?9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)(SuperTY)>51.0N16注：摘自“GB/T19201-2006”.、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)。路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)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。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。太陽能電池組件支架.1傾角設(shè)計(jì)我們要為太陽能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角，為了讓太陽能電池組件在一年中璧趙到的太陽輻射能盡約莫的多。近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少，關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的商酌。依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考關(guān)連文獻(xiàn)中的材料［1］，本次路燈行使地域?yàn)閺V州地域，選定太陽能電池組件支架傾角為16。。.2抗風(fēng)設(shè)計(jì)在太陽能路燈體系中，構(gòu)造上一個(gè)須要很是介意的問題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)首要分為兩大塊，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩塊分別做剖析。⑴太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)依據(jù)電池組件廠家的技藝參數(shù)材料，太陽能電池組件能夠遭受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。憑據(jù)非粘性流腦力學(xué)，若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相稱于十級(jí)臺(tái)風(fēng))，電池組件遭受的風(fēng)壓惟獨(dú)365Pa。所以，組件個(gè)人是恢復(fù)能夠遭受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中環(huán)節(jié)要推敲的是電池組件支架與燈桿的銜尾。在本套路燈體系的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的銜尾設(shè)計(jì)行使螺栓桿凝聚銜尾。⑵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=16o燈桿高度二5m設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度6=4mm燈桿底部外徑=168mm如圖3,焊縫所在面即燈桿毀壞面。燈桿毀壞面驅(qū)退矩W的計(jì)算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的隔離為PQ=[5000+(168+6)/tan16o]XSin16o=1545mm二。所以，風(fēng)荷載在燈桿毀壞面上的作用矩M=FX。2X30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的枝節(jié)荷載為730N，憑據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)最大情愿風(fēng)速°F=X730=949N，推敲的平穩(wěn)系數(shù)。M=FX=949X=1466N.m，所以。圓環(huán)形毀壞面的驅(qū)退矩W=nX(3r26+3r62+63)，憑據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)。r是圓環(huán)內(nèi)徑，6是圓環(huán)寬度，上式中。毀壞面驅(qū)退矩W=nX(3r26+3r62+63)=nX(3X842X4+3X84X42+43)=88768mm3二X10—6m3風(fēng)荷載在毀壞面上作用矩引起的應(yīng)力二M/W=1466/(X10—6)=X106pa=MpaVV215Mpa其中，215Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。太陽能照明主要光源和應(yīng)用光源與太陽能系統(tǒng)有兩種形式：太陽能立供電的HID燈電子鎮(zhèn)流器(或稱觸發(fā)器，下同。)：直接由蓄電池供電.實(shí)際上是DC/AC高額變換器.因此.太陽能路燈照明系統(tǒng)一般無需另加DC/AC逆變器，減少了電路損耗。此形式適合新建太陽能路燈工程。配傳統(tǒng)HID燈電子鎮(zhèn)流器：接于AC220市電電源.其電子鎮(zhèn)流器本質(zhì)上是AC/DC/AC高頻變換器。如與太陽能系統(tǒng)連接，需在蓄電池與HID燈電子鎮(zhèn)流器間增加DC/AC小功率逆變器。此形式適合路燈改造。應(yīng)用；太陽能LED燈、HID燈、無極燈路燈功率多在70W以下.個(gè)別在1OOW以上.一般用在支路和人行道照明。小功率太陽能LED燈、節(jié)能燈用在草坪、景觀照明。防雷和接地屬安全電壓太陽能路燈一般使用DC12V或DC24V.屬安全電壓，不做電氣保護(hù)接地.防雷接地不可用路燈、太陽能電池板作為接閃器；用金屬燈柱兼作接閃器和引下線：路燈