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太陽能LED路燈以太陽光為動力，白日充電黑夜運(yùn)用，無需復(fù)雜貴重的管線鋪設(shè)，可任意調(diào)整燈具的規(guī)劃，安全節(jié)能無污染，無需人工操作作業(yè)安穩(wěn)牢靠，節(jié)約電費(fèi)免維護(hù)。
1.體系構(gòu)成
體系由太陽能電池組件有些(包括支架)、LED燈頭、操控箱 (內(nèi)有操控器、蓄電池)和燈桿幾有些構(gòu)成;金湛太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，功率較高，對體系的抗風(fēng)規(guī)劃十分有利;燈頭有些以1W白光LED和1W黃光LED集成于打印電路板上排列為必定距離的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。
操控箱箱體以不銹鋼為原料，漂亮耐用;操控箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電操控器。本體系選用閥控密封式鉛酸蓄電池，因為其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于體系維護(hù)費(fèi)用的下降;充放電操控器在規(guī)劃上統(tǒng)籌了功用完備(具有光控、時控、過充維護(hù)、過放維護(hù)和反接維護(hù)等)與成本操控，完成很高的性價比。
2.作業(yè)原理
體系作業(yè)原理簡略，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池白日電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，通過充放電操控器儲存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐步下降至10lux擺布、金湛太陽能電池板開路電壓4.5V擺布，充放電操控器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電操控器動作，蓄電池放電完畢。充放電操控器的首要作用是維護(hù)蓄電池。
3.設(shè)計思想
太陽能路燈的設(shè)計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。太陽能LED大功率路燈為例，分幾個方面做分析。
1太陽能電池組件選型
設(shè)計要求：揚(yáng)州地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。
⑴近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h;
⑵ 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH
⑶ 所需太陽能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷(3.424×0.85)=5.9A
在這里，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。
⑷太陽能組件的最少總功率數(shù) = 17.2×5.9 = 102W
選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。
4.蓄電池選型
太陽能供電系統(tǒng)中，蓄電池的性能好壞直接影響系統(tǒng)的綜合成本及運(yùn)行好壞和使用壽命，本方案中選用揚(yáng)州宇通燈具與中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研制的最新成果儲能型膠體蓄電池，與普通的鉛酸電池相比，它在設(shè)計上和制造工藝上有以下突出特點(diǎn)：
使用壽命超長，正常情況下使用壽命為五到十年。
采用適合的正負(fù)極合金配方及活性物質(zhì)配比，使電池更加適合儲能電池循環(huán)充、放電的使用特點(diǎn)。
膠體電解液的設(shè)計，有效的抑制活性物質(zhì)的脫銹和極板的硫酸鹽化現(xiàn)象，從而延緩了電池在使用過程中的性能衰降。大大改善了電池的深充放循環(huán)壽命。
選用笫四代照明產(chǎn)品LED光源 。
LED光源優(yōu)勢
? 發(fā)光效率高，耗電量小，使用壽命長，工作溫度低。
? 安全可靠性強(qiáng)。
? 反應(yīng)速度快，單元體積小，綠色環(huán)保。
? 同亮度下，耗電是白熾燈的十分之一，熒光燈的三分之一，而壽命卻是白熾燈的50倍，熒光燈的20倍，是繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代照明產(chǎn)品。
? 單顆大功率超亮度LED的問世，是LED應(yīng)用領(lǐng)域跨至高效率照明光源市場成為可能，將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈后最偉大的發(fā)明之一。
5.電池組件支架
1) 傾角設(shè)計
為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。
近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為揚(yáng)州地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。
2)抗風(fēng)設(shè)計
在陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計。抗風(fēng)設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。⑴ 金湛太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計
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)于十級臺風(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)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。
⑵ 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計
路燈的參數(shù)如下：
電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m
設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm
焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點(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 = F×1.545。
根據(jù)27m/s的設(shè)計最大允許風(fēng)速，2×30W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) = 1.3×730 = 949N。
所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。
上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。
破壞面抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)
=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768mm3
=88.768×10-6 m3
風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W
= 1466/(88.768×10-6) =16.5×106pa =16.5 Mpa<<215Mpa
其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。
所以，設(shè)計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。
6.控制器
太陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。基本功能必須具備過充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時控與防反接等。
蓄電池防過充、過放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表
1)當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。
在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。
2)表面處理
該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過GB的相關(guān)要求。
隨著傳統(tǒng)能源的日益緊缺，太陽能的應(yīng)用將會越來越廣泛，尤其太陽能發(fā)電領(lǐng)域在短短 的數(shù)年時間內(nèi)已發(fā)展成為成熟的朝陽產(chǎn)業(yè)。
1： 目前制約太陽能發(fā)電應(yīng)用的最重要環(huán)節(jié)之一是價格，以一盞雙路的太陽能路燈為例，兩路負(fù)載共為60瓦，(以長江中下游地區(qū)有效光照4.5h/天、每夜放電7小時、增加電池板20%預(yù)留額計算)其電池板就需要160W左右，按每瓦30元計算，電池板的費(fèi)用就要4800元，再加上180AH左右的蓄電池組費(fèi)用也在1800左右，整個路燈一次性投入成本大大高于市電路燈，造成了太陽能路燈應(yīng)用領(lǐng)域的主要瓶頸。
2：蓄電池的使用壽命也應(yīng)該考慮在整個路燈系統(tǒng)應(yīng)用中，一般的蓄電池保修三年或五年，但一般的蓄電池在一年、甚至半年以后就會出現(xiàn)充電不滿的情況，有些實際充電率有可能下降到50%左右，這必將影響連續(xù)陰雨天時期的夜間正常照明，所以選擇一款較好的蓄電池尤為重要。
3：一些工程商常選用LED燈做為太陽能路燈的照明，但是LED燈的質(zhì)量層差不齊，光衰嚴(yán)重的LED半年就有可能衰減50%光照度。所以一定要選擇光衰較慢的LED燈，或者選用無極燈、低壓鈉燈等。
4：控制器的選擇往往也是被工程商忽略的一個問題，控制器的質(zhì)量層差不齊，12V/10A的控制器市場價格在200-300元不等，雖然是整個路燈系統(tǒng)中價值最小的部分，但它卻是非常重要的一個環(huán)節(jié)。控制器的好壞直接影響到太陽能路燈系統(tǒng)的組件壽命以及整個系統(tǒng)的采購成本，一：應(yīng)該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時不間斷工作，如其自身功耗較大，則會消耗部分電能,最好選擇功耗在1毫安(MA)以下的控制器。二：要選擇充電效率高的控制器，具有MCT充電模式的控制器能自動追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時期，MCT充電模式比其他高出20%左右的效率。三：應(yīng)選擇具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，具有功率調(diào)節(jié)的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對LED燈進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。除選擇以上節(jié)電功能外，還應(yīng)該注重控制器對蓄電池等組件的保護(hù)功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設(shè)置控制器欠壓保護(hù)值時，盡量把欠壓保護(hù)值調(diào)在 ≥ 11.1V ，防止蓄電池過放。
5： 距離市區(qū)較遠(yuǎn)的地方還應(yīng)該注意防盜工作，很多工程商因為施工疏忽，沒有進(jìn)行有效的防盜，導(dǎo)致蓄電池、電池板等組件被盜，不僅影響了正常照明，也造成了不必要的財產(chǎn)損失。目前工程案例中被盜居多為蓄電池，蓄電池埋于地下用水泥澆筑是一種有效防盜措施，在燈桿上加裝蓄電池箱的最好將其進(jìn)行焊接加固。
6: 控制器的防水，控制器一般裝于燈罩、電池箱中，一般也不會進(jìn)水，但在實際工程案例中 控制器端子的連接線往往因為雨水順著連接線流入控制器造成短路。所以在施工時應(yīng)該注意將 內(nèi)部連接線彎成“U”字型并固型，外部連接線也可以固定為“U”型，這樣雨水就無法淋入造成 控制器短路，另外還可在內(nèi)外線接口處涂抹防水膠。
7： 在眾多太陽能路燈實際應(yīng)用中，很多地方的太陽能路燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天更為突出，除使用了質(zhì)量較差的相關(guān)組件外，另一個主要的原因就是一味降低組件成本，不按需求設(shè)計配置，減小電池板和蓄電池的使用標(biāo)準(zhǔn)，所以導(dǎo)致在陰雨天路燈無法提供照明。以下提供太陽能電池板和蓄電池配置計算公式：
一：首先計算出電流：
如：12V蓄電池系統(tǒng); 30W的燈2只，共60瓦。
電流 = 60W÷12V = 5 A
二：計算出蓄電池容量需求：
如：路燈每夜累計照明時間需要為滿負(fù)載 7小時(h);
(如晚上8：00開啟，夜11：30關(guān)閉1路，凌晨4：30開啟2路，凌晨5：30關(guān)閉)
需要滿足連續(xù)陰雨天5天的照明需求。(5天另加陰雨天前一夜的照明，計6天)
蓄電池 = 5A × 7h ×( 5+1)天 = 5A × 42h =210 AH
另外為了防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右;放電余留20%左右。
所以210AH也只是應(yīng)用中真正標(biāo)準(zhǔn)的70%左右。
三：計算出電池板的需求峰值(WP)：
路燈每夜累計照明時間需要為 7小時(h);
★：電池板平均每天接受有效光照時間為4.5小時(h);
最少放寬對電池板需求20%的預(yù)留額。
WP÷17.4V = (5A × 7h × 120%)÷ 4.5h
WP÷17.4V = 9.33
WP = 162(W)
★ ：4.5h每天光照時間為長江中下游附近地區(qū)日照系數(shù)。
另外在太陽能路燈組件中，線損、控制器的損耗、及鎮(zhèn)流器或恒流源的功耗各有不同，實際應(yīng)用中可能在5%-25%左右。所以162W也只是理論值，根據(jù)實際情況需要有所增加。
太陽能路燈方案：
相關(guān)組件選擇：
24VLED：選擇LED照明，LED燈使用壽命長，光照柔和，價格合理，可以在夜間行人稀少時段實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，有利于節(jié)電，從而可以減少電池板的配置，節(jié)約成本。每瓦80-105lm左右，光衰小于年≤5%;
12V 蓄電池(串24V)：選擇鉛酸免維護(hù)蓄電池，價格適中，性能穩(wěn)定，太陽能路燈首選;
12V電池板(串24V)：轉(zhuǎn)換率15%以上單晶正片;
24V控制器：MCT充電方式、帶調(diào)功功能;
6M燈桿(以造型美觀，耐用、價格便宜為主)
一、40瓦備選方案配置一(常規(guī))
1、 LED燈，單路、40W，24V系統(tǒng);
2、 當(dāng)?shù)厝站行Ч庹找?h計算;
3、每日放電時間10小時，(以晚7點(diǎn)-晨5點(diǎn) 為例)
4、滿足連續(xù)陰雨天5天(另加陰雨前一夜的用電，計6天)。
電流 = 40W÷24V =1.67 A
計算蓄電池 = 1.67A × 10h ×(5+1)天
= 1.67A × 60h=100 AH
蓄電池充、放電預(yù)留20%容量;路燈的實際電流在2A以上(加20%
損耗，包括恒流源、線損等)
實際蓄電池需求=100AH 加20%預(yù)留容量、再加20%損耗
100AH ÷ 80% × 120% = 150AH
實際蓄電池為24V /150AH，需要兩組12V蓄電池共計：300AH
計算電池板：
1、 LED燈 40W、 電流：1.67A
2、每日放電時間10小時(以晚7點(diǎn)-晨5點(diǎn) 為例)
3、電池板預(yù)留最少20%
4、當(dāng)?shù)赜行Ч庹找匀站?h計算
WP÷17.4V =(1.67A × 10h × 120%)÷ 4 h
WP = 87W
實際恒流源損耗、線損等綜合損耗在20%左右
電池板實際需求=87W × 120% = 104W
實際電池板需24V /104W，所以需要兩塊12V電池板共計：208W
綜合組件價格：正片電池板208W，38元/瓦， 計 7904元
蓄電池300AH ，12元/AH 計：3600元
40W LED燈： 計：2250元
控制器(只) 250元
6米 燈桿 1200元
本套組件 總計：15204元
二、40瓦備選方案配置二(帶調(diào)節(jié)功率)
1、 LED燈，單路、40W，24V系統(tǒng)。
2、 當(dāng)?shù)厝站行Ч庹找?h計算，
3、每日放電時間10小時，(以晚7點(diǎn)-晨5點(diǎn) 為例)通過控制器夜間
分時段調(diào)節(jié)LED燈的功率，降低總功耗，實際按每日放電7小時計算。
(例一：晚7點(diǎn)至11點(diǎn)100%功率，11點(diǎn)至凌晨5點(diǎn)為50%功率。合計：7h)
(例二：7：00-10：30為100%，10：30-4：30為50%，4：30-5：00為100%)
4、滿足連續(xù)陰雨天5天(另加陰雨前一夜的用電，計6天)。
電流 = 40W÷24V
=1.67 A
計算蓄電池 = 1.67A × 7h ×(5+1)天
= 1.67A × 42h
=70 AH
蓄電池充、放電預(yù)留20%容量;路燈的實際電流在2A以上(加20%
損耗，包括恒流源、線損等)
實際蓄電池需求=70AH 加20%預(yù)留容量、再加20%損耗
70AH ÷ 80% × 120% = 105AH
實際蓄電池為24V /105AH，需要兩組12V蓄電池共計：210AH
計算電池板：
1、 LED燈 40W、 電流：1.67A
2、每日放電時間10小時，調(diào)功后實際按7小時計算(調(diào)功同上蓄電池)
3、電池板預(yù)留最少20%
4、當(dāng)?shù)赜行Ч庹找匀站?h計算
WP÷17.4V = (1.67A × 7h × 120%)÷ 4 h
WP = 61W
實際恒流源損耗、線損等綜合損耗在20%左右
電池板實際需求=61W × 120% = 73W
實際電池板需24V /73W，所以需要兩塊12V電池板共計：146W
綜合組件價格：正片電池板146W，
蓄電池210AH
40W LED燈：
控制器(只)
6米 燈桿
三、40瓦備選方案三(帶調(diào)節(jié)功率、帶恒流)
采用自帶恒流、恒壓、調(diào)功一體控制器降低系統(tǒng)功耗、降低組件成本。
(實際降低系統(tǒng)總損耗20%左右，以下以15%計算)
1、 LED燈，單路、40W，24V系統(tǒng)。
2、 當(dāng)?shù)厝站行Ч庹找?h計算，
3、每日放電時間10小時，(以晚7點(diǎn)-晨5點(diǎn) 為例)通過控制器夜間
分時段調(diào)節(jié)LED燈的功率，降低總功耗，實際按每日放電7小時計算。
(例一：晚7點(diǎn)至11點(diǎn)100%功率，11點(diǎn)至凌晨5點(diǎn)為50%功率。合計：7h)
(例二：7：00-10：30為100%，10：30-4：30為50%，4：30-5：00為100%)
4、滿足連續(xù)陰雨天5天(另加陰雨前一夜的用電，計6天)。
電流 = 40W÷24V
=1.67 A
計算蓄電池 = 1.67A × 7h ×(5+1)天
= 1.67A × 42h
=70 AH
蓄電池充、放電預(yù)留20%容量;路燈的實際電流小于1.75A(加5%
線損等)
實際蓄電池需求=70AH 加20%預(yù)留容量、再加5%損耗
70AH ÷ 80% × 105% = 92AH
實際蓄電池為24V /92AH，需要兩組12V蓄電池共計：184AH
計算電池板：
1、LED燈 40W、 電流：1.67A
2、每日放電時間10小時，實際按7小時計算(調(diào)功同上蓄電池)
3、電池板預(yù)留最少20%
4、當(dāng)?shù)赜行Ч庹找匀站?h計算
WP÷17.4V = (1.67A × 7h × 120%)÷ 4 h
WP = 61W
實際線損等綜合損耗小于5%
電池板實際需求=122W × 105% = 64W
實際電池板需24V /64W，所以需要兩塊12V電池板共計：128W
綜合組件價格：正片電池板128W
蓄電池184AH ，
40W LED燈
控制器(只)
6米 燈桿
