李世光，張金青，劉東紅

（河南省天域園林工程有限公司，河南 潢川 465150）

1 太陽能路燈的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）太陽能路燈基本結(jié)構(gòu)。太陽能路燈主要由太陽電池組件、組件支架 、光源、電控箱（內(nèi)裝控制器、蓄電池）、燈桿（含燈具）等幾部分組成。

（2）太陽能路燈的工作原理。太陽能路燈利用太陽電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲(chǔ)存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時(shí)，蓄電池通過控制器向光源供電設(shè)定的時(shí)間后切斷。如圖1 ：太陽能路燈的工作原理示意圖。

圖1 太陽能路燈的工作原理示意圖

2 路燈設(shè)計(jì)所需的信息

（1）太陽能路燈使用地的經(jīng)度與緯度。通過地理位置的可以了解并掌握設(shè)備使用地的氣象資源，比如月（年）平均太陽能輻照情況、平均氣溫、風(fēng)力資源等，根據(jù)這些條件可以確定當(dāng)?shù)氐奶柲軜?biāo)準(zhǔn)峰值時(shí)數(shù)（h）和太陽電池組件的傾斜角與方位角。

（2）路燈所選用光源的功率（W）。光源功率的大小直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)。

（3）太陽能路燈每天晚上工作的時(shí)間（H）。這是決定太陽能路燈系統(tǒng)中組件大小的核心參數(shù)，通過確定工作時(shí)間，可以初步計(jì)算負(fù)載每天的功耗和與之相應(yīng)的太陽電池組件的充電電流。

（4）太陽能路燈需要保持的連續(xù)陰雨天數(shù)（d）。這個(gè)參數(shù)決定了蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復(fù)電池容量所需要的太陽電池組件功率。

（5）確定兩個(gè)連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)（d）。這是決定系統(tǒng)在一個(gè)連續(xù)陰雨天過后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。

3 路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、要點(diǎn)及示例

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理相同，因而太陽能路燈的設(shè)計(jì)思路也可依據(jù)一般的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽電池組件的功率，然后計(jì)算蓄電池的容量。但太陽能路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意。

現(xiàn)在，舉例說明太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。示例：需要在某市安裝一批太陽能路燈，光源功率為30W，要求路燈每天工作8h，保證連續(xù)7個(gè)陰雨天能正常工作。當(dāng)?shù)貣|經(jīng)114°，北緯23°，年平均水平日太陽輻射為3.82kW.h/m2，年平均月氣溫為20.5℃，兩個(gè)連續(xù)的陰雨天間間隔時(shí)長25d。根據(jù)以上資料，計(jì)算出光伏組件傾斜角26度，標(biāo)準(zhǔn)峰值時(shí)數(shù)3.9h。

（1）負(fù)載日耗電量，Q=W*H/U=30W×8H÷12V=20Ah，式中U為系統(tǒng)蓄電池標(biāo)稱電壓 。

（2）滿足負(fù)載日用電的太陽能電池組件的充電電流：I1=Q*1.05/h/0.85/0.9=7.04A，式中1.05為太陽能充電綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率，0.9為控制器效率。

（3）蓄電池容量的確定，滿足連續(xù)8個(gè)陰雨天正常工作的電池容量 C，C=Q*（d+1）/0.75*1.1=20*8/0.75*1.1=235Ah，取240Ah，式中0.75為蓄電池放電深度，1.1為蓄電池安全系數(shù)。選取2節(jié)12V/120Ah的電池組成電池組。

（4）連續(xù)陰雨天過后需要恢復(fù)蓄電池容量的太陽能電池組件充電電流 I2 I2=C*0.75/h/D=240*0.75/3.9/25=1.85A，式中0.75為蓄電池放電深度。

（5）太陽電池組件的功率為（I1+I2）*18=（1.85+7.04）*18=160Wp，式中18為太陽電池組件工作電壓，選取2塊峰值功率為 80Wp的太陽能電池組件。

4 太陽能路燈關(guān)鍵部件選型

（1）太陽電池組件。太陽電池組件的電壓會(huì)隨著溫度的升高而降低，由于高溫的影響，電池組件的電壓損失約2V，而充電過程控制器上的二極管壓降0.7V，所以選擇工作電壓為18V的組件。由于太陽能路燈的特殊性，太陽能電池板一般安裝在燈桿上，對(duì)于路燈桿而言，一般都是5m以上，重心較高，而且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。

太陽能電池板是太陽能路燈中的中央部分，也是太陽能路燈中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射才能退換為電能，或送至蓄電池中保留起來。在粘稠太陽光電池中較大都且較有用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充沛日照好的東西部地域，接納多晶硅太陽能電池為好，因?yàn)槎嗑Ч杼柲茈姵貎?chǔ)存工藝相對(duì)刪除，價(jià)錢比單晶低。在陰沉天比擬多、陽光相對(duì)不是很充沛的南方地域，接納單晶硅太陽能電池為好，因?yàn)閱尉Ч杼柲茈姵匦阅軈?shù)比擬永久。非晶硅太陽能電池在室外陽光不敷的情形下比擬好，因?yàn)榉蔷Ч杼柲茈姵貙?duì)太陽光照條件吁請(qǐng)比擬低。

（2）蓄電池（組）。由于太陽能光伏發(fā)電編制的輸入能量極不永久，所以一邊需求成立蓄電池編制才能事情。一邊有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一邊要按照以下大綱：最初在能享用夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量保留下來，同時(shí)還要能夠保留享用經(jīng)受陰沉天夜晚照明需求的電能。蓄電池容量過小不成夠享用夜晚照明的需求，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時(shí)造成鋪張。蓄電池應(yīng)與太陽能電池、用電負(fù)荷（路燈）相匹配?？捎靡环N刪除辦法詳目它們之間的關(guān)聯(lián)。太陽能電池功率總是比負(fù)載功率跨越4倍以上，編制才能正常事情。太陽能電池的電壓要遇上蓄電池的事情電壓20%～30%,才能保證給蓄電池正常負(fù)電。蓄電池容量總是比負(fù)載日耗量高6倍以上為宜。

（3）控制器?？刂破魇钦麄€(gè)路燈系統(tǒng)中充當(dāng)管理者的關(guān)鍵部件，它的最大功能是對(duì)蓄電池進(jìn)行全面的管理，好的控制器應(yīng)當(dāng)根據(jù)蓄電池的特性，設(shè)定各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)，比如蓄電池的過充點(diǎn)、過放點(diǎn)，恢復(fù)連接點(diǎn)等。在選擇路燈控制器時(shí)，特別需要注意控制器恢復(fù)連接點(diǎn)參數(shù)，由于蓄電池有電壓自恢復(fù)特性，當(dāng)蓄電池處于過放電狀態(tài)時(shí)，控制器切斷負(fù)載，隨后蓄電池電壓恢復(fù)，如果些時(shí)控制器各參數(shù)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)，則可能出現(xiàn)燈具閃爍不定，縮短蓄電池和光源的壽命。

無論太陽能燈具大小，能凸起的充電放電統(tǒng)制器是必不可少的。為了延伸蓄電池的愚弄壽命，總是對(duì)它的充電放電條件加以限制，戒備蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的處所，及格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功效。同時(shí)太陽能控制器應(yīng)兼有路燈統(tǒng)制功效，具有光控、時(shí)控功效，并應(yīng)具有主動(dòng)切控負(fù)載功效，便于陰沉天延伸路燈事情韶華。

（4）光源的選擇。目前，針對(duì)太陽能路燈專用的光源較少，為減少有限能量的損失，光源盡量選直流光源。太陽能路燈接納何種光源是太陽能燈具是否能正常愚弄的重要指標(biāo)，一般太陽能燈具接納低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、DLED光源。①低壓節(jié)能燈：功率小，光效較高，但愚弄壽命2000小時(shí)，電壓低燈管發(fā)黑，一邊順應(yīng)太陽能草坪燈、庭院燈。②低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達(dá)200Lm/W），但需逆變器，低壓鈉燈價(jià)錢貴，所有編制造高，接納較少。③無極燈：功率小，光效較高。該燈在220V（純粹弦波，頻率50Hz）普通市電條件下，壽命到5萬小時(shí)，在太陽能燈具上壽命大大縮短，和普通節(jié)能燈差不多（因?yàn)樘柲軣艟叨际欠讲孀兤?，太陽能電?20V輸出頻率、項(xiàng)位、電壓都是不成和普通市電相比的）。④LED:LED燈光源，壽命長，可達(dá)1000000h，電壓低，不需逆變器，光效較高。

5 太陽能照明燈在道路應(yīng)用的其他注意事項(xiàng)

燈桿的高度應(yīng)憑據(jù)門路的寬度、燈具的間距，門路的照度尺度詳目。燈具外殼憑據(jù)我們聚合了很多海外太陽燈材料，在雅觀和節(jié)能之間，大多數(shù)都選擇節(jié)能，燈具風(fēng)光吁請(qǐng)不高，相對(duì)有用就行。憑據(jù)《都市門路照明設(shè)計(jì)尺度》的規(guī)矩：敏銳路平均照度20lx,均勻度,主干路平均照度15lx,均勻度,次干路平均照度8lx,均勻度,支路平均照度5lx,均勻度現(xiàn)加入愚弄的LED路燈，由于技能條件，LED功率偏小30～100W,光效50～80lx/w,門路照度較低。以上數(shù)為新鑲嵌燈具的初始照度值，故其照度是不成享用敏銳路與主干路。太陽能路燈宜在次干路、支路上愚弄，重要門路慎用。LED路燈天天的事情韶華應(yīng)兼并邊路燈的事情吁請(qǐng)，設(shè)計(jì)應(yīng)推敲冬天日照韶華短時(shí)，其事情韶華應(yīng)能在12h之上。由于LED燈受氣候影響較大，如遇經(jīng)受陰沉天就使LED燈短缺電能而無法愚弄。國度現(xiàn)無楷模對(duì)LED路燈在低輻照度（經(jīng)受陰沉天）情形，批準(zhǔn)最少事情韶華沒有做出規(guī)矩，現(xiàn)憑燈具廠家和本地的情景情形，應(yīng)在低幅照度（經(jīng)受陰沉天）形態(tài)下在15～20天。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分推敲太陽能電池板及蓄電池的容量。LED路燈的事情電壓一邊為12V或24V,屬安全電壓，不做電氣包庇接地。但LED路燈金屬燈桿應(yīng)做防雷接地，接地電阻不大于10歐姆。太陽能路燈的設(shè)計(jì)需要科學(xué)、合理，除了上述幾點(diǎn)，還需要考慮路燈整體的結(jié)構(gòu)，特別是路燈的抗風(fēng)力的計(jì)算?？傊?，影響太陽能路燈性能的因素很多，不一一贅述。