甘肅太陽(yáng)能路燈方案、太陽(yáng)能路燈設計、太陽(yáng)能LED路燈配置

1.系統組成

系統由太陽(yáng)能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構成；太陽(yáng)能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統的抗風(fēng)設計非常有利；燈頭部分以1W白光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。

控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀(guān)耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護很少，故又被稱(chēng)為“免維護電池”，有利于系統維護費用的降低；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護、過(guò)放保護和反接保護等）與成本控制，實(shí)現很高的性?xún)r(jià)比。

2.工作原理

系統工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏特效應原理制成的太陽(yáng)能電池白天電池板接收太陽(yáng)輻射能并轉化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至10lux左右、北京盛日科技太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。

3.設計思想

太陽(yáng)能電池組件選型

設計要求：北京地區，負載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時(shí)數8.5h，保證連續陰雨天數7天。

⑴ 北京地區近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡(jiǎn)單計算北京地區峰值日照時(shí)數約為3.424h；

⑵ 負載日耗電量 = = 12.2AH

⑶ 所需太陽(yáng)能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A

在這里，兩個(gè)連續陰雨天數之間的設計最短天數為20天，1.05為太陽(yáng)能電池組件系統綜合損失系數，0.85為蓄電池充電效率。

⑷ 太陽(yáng)能組件的最少總功率數 = 17.2×5.9 = 102W

選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標準電池組件，應該可以保證路燈系統在一年大多數情況下的正常運行。

4.蓄電池選型

太陽(yáng)能供電系統中，蓄電池的性能好壞直接影響系統的綜合成本及運行好壞和使用壽命，本方案中選用我公司與中國科學(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，它在設計上和制造工藝上有以下突出特點(diǎn)：

使用壽命超長(cháng)，正常情況下使用壽命為五到十年。

采用適合的正負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)。

膠體電解液的設計，有效的抑制活性物質(zhì)的脫銹和極板的鹽化現象，從而延緩了電池在使用過(guò)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

1）.發(fā)光效率高，耗電量小，使用壽命長(cháng)，工作溫度低。 

2）.安全可靠性強。 

3）.反應速度快，單元體積小，綠色環(huán)保。 

4）.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。 

5）.單顆大功率超亮度LED的問(wèn)世，是LED應用領(lǐng)域跨至高效率照明光源市場(chǎng)成為可能，將是人類(lèi)繼愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈后偉大的發(fā)明之一。 

5.電池組件支架

1) 傾角設計

為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，我們要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)合適傾角。 

關(guān)于太陽(yáng)能電池組件合適傾角問(wèn)題的探討，近年來(lái)在一些學(xué)術(shù)刊物上出現得不少。本次路燈使用地區為長(cháng)沙地區，依據本次設計參考相關(guān)文獻中的資料[1]，選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。 

2)抗風(fēng)設計

在太陽(yáng)能路燈系統中，結構上一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題就是抗風(fēng)設計。抗風(fēng)設計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設計，二為燈桿的抗風(fēng)設計。下面按以上兩塊分別做分析。

⑴ 太陽(yáng)能電池組件支架的抗風(fēng)設計 

依據電池組件廠(chǎng)家的技術(shù)參數資料，太陽(yáng)能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強為2700Pa。若抗風(fēng)系數選定為27m/s（相當于十級臺風(fēng)），根據非粘性流體力學(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。 

在本套路燈系統的設計中電池組件支架與燈桿的連接設計使用螺栓桿固定連接。

⑵ 路燈燈桿的抗風(fēng)設計 

路燈的參數如下： 

電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m 

設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(xiàn)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27m/s的設計大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數，F = 1.3×730 = 949N。 

所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。 

根據數學(xué)推導，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鋼的抗彎強度。 

所以，設計選取的焊縫寬度滿(mǎn)足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。 

6.控制器

太陽(yáng)能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。基本功能必須具備過(guò)充保護、過(guò)放保護、光控、時(shí)控與防反接等。 

蓄電池防過(guò)充、過(guò)放保護電壓一般參數如表 

1)當蓄電池電壓達到設定值后就改變電路的狀態(tài) 

在選用器件上，目前有采用單片機的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應該根據客戶(hù)群的需求特點(diǎn)選定相應的方案，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(zhuān)業(yè)建材涂料為主，可以滿(mǎn)足客戶(hù)對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調一致的要求，同時(shí)產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設計為熱浸鋅的基礎上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達到了最嚴格的AAMA2605.2005的要求，其它指標

太陽(yáng)能路燈設計中配置參考

產(chǎn)品參數

*主體材料：燈桿為全鋼結構、整體熱鍍鋅/噴塑處理 

*太陽(yáng)能電池組件：晶體硅40-160WP（按負載配置） 

*系統工作電壓：直流12V—24V 

*控制器：太陽(yáng)能燈具專(zhuān)用控制器,光控+時(shí)控，智能控制(天黑燈自開(kāi)，天亮燈自熄滅) 

*儲能電池：全封閉免維護鉛酸蓄電池12V38Ah—200Ah(根據負載配置) 

*光源類(lèi)型：節能高功率LED燈具

*防護等級：IP65 

*使用溫度：-30度至70度，抗風(fēng)力≥150Km/h 

*照明時(shí)間：4～14小時(shí)（可根據需要調節） 

*燈桿高度：4米～10米（可以按客戶(hù)要求制作） 

*陰雨天保證：可連續工作4~5個(gè)陰雨天（區域/季節不同有差異）（可按客戶(hù)要求制作） 

本產(chǎn)品無(wú)需鋪設地下線(xiàn)纜，無(wú)需支付照明電費，太陽(yáng)能路燈和太陽(yáng)能庭院燈所采用的關(guān)鍵部件太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能智能控制器、免維護蓄電池、照明燈具均經(jīng)過(guò)國家發(fā)改委/GEF/世界銀行光伏產(chǎn)品認證。主要適用于城市道路、小區廣場(chǎng)、工業(yè)園區、旅游景區、公園綠化帶等場(chǎng)所的亮化照明。均已達到或超過(guò)GB的相關(guān)要求。