太陽能路燈設計方案

1、太陽能路燈設計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（內有控制器、蓄電 池等）和燈桿、基礎等幾部分構成。太陽能路燈一般各自成供電系統(tǒng)，不與常規(guī) 路燈供電網絡連接。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原理制成的太陽能電池板，白天接收太陽輻射能并轉化為電能輸出， 經過充放電控制器儲存在蓄電池中， 夜晚當照度逐漸降 低至 5lux左右、太陽能電池板開路電壓 4.5V 左右，充放電控制器偵測到這一電 壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電12 小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是控制

2、路燈打開和關閉，同時保護蓄電池，延長蓄電池使用壽命。3、系統(tǒng)設計一、太陽能板功率計算：i.類型太陽能電池將太陽能轉換為電能。較實用的有單晶硅、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 不是很充足的南方地區(qū)使用；2）多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價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.平均峰值日照時數(shù) h太陽能電池輸出功率 W 即是標準太陽光照條件下，歐洲委員會定義的 101 標 準，輻射強度 iooow/m大氣質量 AM1.5,電池溫

3、度 252C 條件下，太陽能電池的輸出功功率。不同的 時間，不同的地點，同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。所謂標準條件，接近平時晴天中午前后的太陽光照條件。5. 功率計算太陽能板功率=日耗電量x120%X太陽能板工作電壓十日照系數(shù)十效率 系數(shù)1） 日耗電量：為工作電流乘以日工作小時數(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“表一 1”5） 太陽能板工作電壓：12V 系統(tǒng)為 17.4V, 24V 系統(tǒng)為 36V6. 案例分析計算：案例：哈爾濱市，12V 蓄電池系統(tǒng)，LED 功率為 2

4、4W 每天足功率亮燈 5 小時，計算出太陽能板的功率。太陽能板功率=日耗電量x120%X太陽能板工作電壓十日照系數(shù)十效率系數(shù)太陽能板功率=24W- 12VX5hX120%X17.4V- 4.4 - 0.7太陽能板功率=67.9W實際可取決 70W表一 1城市緯度最佳傾角（）年平均日照 時間（h）城市緯度最佳傾角（）年平均日照時間（h）哈爾濱45.68P +34.4杭州30.23+33.42長春43.90+14.8南昌28.67+23.81沈陽41.77+14.6:福州26.08+4P 3.46北京39.8+45濟南36.68+64.44天津39.10:+54.65:鄭州34.72+74.04呼

5、和浩特40.78r +35.6武漢30.63+73.80太原37.78+54.8長沙28.20+63.22烏魯木齊43.78r +124.6:廣州23.13-7:3.52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南京32.00r +53.94拉薩29.70-8P 6.7合肥31.85+93.69、蓄電池容量計算1、公式:蓄電池容量=日耗電量x連續(xù)陰雨天數(shù)-放電深度1）日耗電量：為工

6、作電流乘以日工作小時數(shù)2）連續(xù)陰雨天數(shù)：要求的陰雨天數(shù)，應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，要求連陰雨天數(shù)為 3 天，計算出蓄電池所需容量。蓄電池容量=日耗電量X連續(xù)陰雨天數(shù)*放電深度蓄電池容量=（24W 十 12V）X5hX（3+1） - 0.7 蓄電池容量=57Ah實際可采用 12V60Ah 型號電池三、控制器太陽能路燈的運行由控制器來控制。 控制器大都實現(xiàn)了智能控制.控制器 應具有以下功能：1 路燈控制光控、時控、溫控等功能供選擇。具有調光（或半夜燈

7、）功能.2蓄電池管理對蓄電池充放電條件加以限制，延長其使用壽命：6） 防反充電控制：7） 防過充電控制：8） 防過放電控制；9） 溫度補償。10）3. 自動保護太陽電池反接保護、蓄電池反接保護、蓄電池開路保護、夜間防反充保 護、輸出短路保護等。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、太陽能電池傾角設計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太陽（或 正南稍偏西），傾角與當?shù)鼐暥纫恢?/p>

8、既可.如條件允許， 太陽能電池板的傾角可 隨季節(jié)變化做出相應調整。我國主要城市的太陽能電池安裝傾角參照“表一 1”。五、太陽能路燈抗風設計1 太陽能電池組件抗風設計根 據(jù) 最 大 風 力 的 大 小 進 行 太 陽 能 路 燈 抗 風 設 計 :表 一 2 風 力 和 風 速 對 應 關 系名稱最大風速（m/s）風力（級）名稱最大風速（m/s）風力（級）熱帶低壓10.8 67（底層臺風（TY）32.7 12 13(TD17.1中心）41.4熱帶風暴2 24.489強臺風41.5 14 15(TS)(STY50.9強熱帶風暴(STS24.532.610 11超強臺風(Super TY) 51.0

9、 16注：摘自“ GB/T 19201-2006、我南方沿海臺風偏多，太陽能路燈燈桿至少應能抗 12 級臺風，北方多 數(shù)地區(qū)應能抗 10 級大風。2路燈燈桿的抗風設計1)太陽能組件：廠家應保證能承受當?shù)氐娘L速而不至于損壞，重點是電池組件支架與燈桿的連接。2)燈桿和基礎；路燈燈桿和基礎的抗風設計與電池板高度、面積、 傾角及燈桿結構、當?shù)刈畲箫L速等有關，應由燈桿廠家或結構 專業(yè)進行計算和設計，保證最大風速時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設計依據(jù)電池組件廠家的技術參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700P&若抗風系數(shù)選定為 27m/s (相當于十級臺風)，

10、根據(jù)非粘性流體力學，電池組件承受的風壓只有 365P&所以，組件本身是完全可以承受 27m/s 的風速 而不至于損壞的。所以，設計中關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。B 路燈燈桿的抗風設計路燈的參數(shù)如下：電池板傾角 A = 30 度 燈桿高度=7m設計選取燈桿底部焊縫寬度S= 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 的計算點 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) /tan 16oxSin 16o = 1545mn=

11、1.545mo 所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩 M= Fx1.545。根據(jù) 27m/s 的設計最大允許風速，2x30W 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) = 1.3x730 = 949N。所以，M = Fx1.545 = 949x1.545 = 1466N.m。根據(jù)數(shù)學推導，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩 W =n x(3r2S+ 3rS2+S3)。 上式中，r是圓環(huán)內徑，S是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩 W =n x(3r2S+ 3rS2+S3)=n x(3x842x4+3x84x42+43)= 88768mm3=88.768X10-6 m3風荷載在破壞面上作

12、用矩引起的應力 = M/W=1466/(88.768X106)=16.5X106pa =16.5 Mpavv215Mpa其中，215 Mpa 是 Q235 鋼的抗彎強度。所以，設計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質量能保證， 燈桿的抗風是沒有問題的。七、防雷和接地l. 屬安全電壓太陽能路燈一般使用 DCI2V 或 DC24V 屬安全電壓，不做電氣保護接地.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)路燈基礎鋼筋籠在-0.50m 以下其鋼筋表面積太于 0.37m2時，可作為防 雷接地體。否則應增加人工接地極，接地電阻w10 歐必要時將接 地體連接。

13、接地做法同一般路燈4)在路燈控制器內設置 TVS 瞬態(tài)電壓抑制)防雷保護.太陽能路燈設計舉例例：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。試進行 LED 太陽能路燈設計. 1太陽能電池選擇1)鄭州市年平均日照時間：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) (4 04*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)，O. 85 為蓄電池充電效率.4)太陽能電池組總功率 t7.58*348=263.78(W)選擇 2 塊 Pm=135 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- 70Ah 的免維護鉛酸蓄電池。3控制器