太陽能路燈的設(shè)計(jì)實(shí)例與配置選型

1、 太陽能路燈的設(shè)計(jì)實(shí)例與配置選型一、任務(wù)導(dǎo)入太陽能是最環(huán)保的能源，利用太陽能來照明將是低碳生活的發(fā)展趨勢。地球資源的日益貧乏，基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受重視。隨著太陽能與電池轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，太陽能發(fā)電的應(yīng)用越來越廣泛，在照明領(lǐng)域，太陽能路燈作為節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)在國內(nèi)大規(guī)模的使用，該照明系統(tǒng)具有不需挖溝埋線、不需要輸變電設(shè)備、不消耗市電、安裝任意、維護(hù)費(fèi)用低、低壓無觸電危險(xiǎn)、使用的是潔凈可再生能源，是真正的環(huán)保節(jié)能高科技產(chǎn)品，它代表著未來城市道路照明的發(fā)展方向，具有廣泛的推廣利用價(jià)值。如圖2

2、-35所示。圖2-35太陽能路燈二、相關(guān)知識學(xué)習(xí)情境1太陽能道路照明系統(tǒng)（一）太陽能路燈簡介太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，白天太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給燈源供電使用，無需復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，可任意調(diào)整燈具的布局，安全節(jié)能無污染，無需人工操作工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費(fèi)免維護(hù)。太陽能路燈系統(tǒng)工作原理簡單，就是利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池板，在白天電池板接收太陽輻射能并將其轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至設(shè)定值時(shí)，向日葵陽光太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器自動(dòng)檢測到這一電壓值后發(fā)出制動(dòng)指令，蓄電池開始對燈頭放電。蓄電池放電&5

3、小時(shí)后，充放電控制器發(fā)出制動(dòng)指令，蓄電池放電結(jié)束。太陽能路燈工作原理說明：白天太陽能路燈在智能控制器的控制下，太陽能電池板經(jīng)過太陽光的照射，吸收太陽能光并轉(zhuǎn)換成電能，白天太陽電池組件向蓄電池組充電，晚上蓄電池組提供電力給光源供電，實(shí)現(xiàn)照明功能。直流控制器能確保蓄電池組不因過充或過放而被損壞，同時(shí)具備光控、時(shí)控、溫度補(bǔ)償及防雷、反極性保護(hù)等功能。如圖2-36所示。圖2-36太陽能路燈構(gòu)造圖太陽能路燈系統(tǒng)是由太陽能電池組件、光源、太陽能控制器、蓄電池（包括蓄電池保溫箱）和燈桿等幾部分構(gòu)成。太陽能電池組件一般選用單晶硅或者多晶硅太陽能電池組件；太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指

4、標(biāo)，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、LED光源；控制器一般放置在燈桿內(nèi)，具有光控、時(shí)控制、過充過放保護(hù)及反接保護(hù)。高級控制器具備四季調(diào)整亮燈時(shí)間功能、半功率功能、智能充放電功能等，除此之外，還要具有自動(dòng)開關(guān)照明燈的功能，通常使用定時(shí)和光控來對太陽能路燈的工作時(shí)間進(jìn)行控制。定時(shí)控制可以是模擬線路或單片機(jī)控制兩種方法,可以根據(jù)實(shí)際的需要,事先設(shè)定路燈每天晚上的工作時(shí)間，通過調(diào)整電子或者機(jī)械計(jì)時(shí)器的接通或斷開時(shí)刻,路燈便可以自動(dòng)開關(guān)了。另外一種控制方式是光控,可以單獨(dú)安裝光敏器件,也可利用太陽電池本身作為光敏器件,即在周圍環(huán)境暗到一定程度時(shí)自動(dòng)開燈,一直到天亮?xí)r再自動(dòng)關(guān)燈。蓄電池一般

5、放置于地下，或者設(shè)置專門的蓄電池保溫箱，可采用閥控式鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鐵鋁蓄電池或者鋰電池等。太陽能燈具全自動(dòng)工作，不需要挖溝布線，但燈桿需要裝置在預(yù)埋件（混凝土底座）上。燈桿是整個(gè)系統(tǒng)的支撐部分，有別于常規(guī)的路燈，它既要支撐燈頭，又要支撐太陽電池組件。在現(xiàn)階段最好采用高轉(zhuǎn)換率的晶體硅太陽電池組件和高效光源LED。（二）太陽能路燈照明的參考標(biāo)準(zhǔn)1、我國的道路照明標(biāo)準(zhǔn)相比國際照明委員會(huì)（CIE）道路照明標(biāo)準(zhǔn)，目前我國的標(biāo)準(zhǔn)要求相對較低。我國現(xiàn)在將城市道路分為快速路、主干路、次干路、支路和居住區(qū)道路?？焖俾罚撼鞘兄芯嚯x長、交通量大，對向車行道之間設(shè)有中間分車帶；主干路：連接城市各主要分區(qū)的干

6、路，采用機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車分隔形式，例如三幅路或四幅路；次干路：與主干路結(jié)合組成路網(wǎng)、起集散交通作用的道路；支路：次干路與居住區(qū)道路之間的連接道路；居住區(qū)道路：居住區(qū)內(nèi)的道路及主要供行人和非機(jī)動(dòng)車通行的街巷。在機(jī)動(dòng)車道路照明中，主要分為快速路與主干路、次干路、支路三級，見表2-14表2-14我國道路照明標(biāo)準(zhǔn)級別道路類型路面亮度路面照度眩光限制閥值增量TI（%）最大初始值環(huán)境比SR最小值平均亮度lm（cd/m2）總均勻度U0最小值縱向均勻度UL最小值平均照度EAV（1X）維持值均勻度UE最小值I快速路、主干路（含迎賓路、通向政府機(jī)關(guān)和大型公關(guān)建筑的主要道路，位于市中心或商業(yè)中心的道路）1.5/2.

7、00.40.720/300.4100.5II次干路0.75/1.00.40.510/150.35100.5III支路0.5/0.750.48/100.315注：1表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相應(yīng)降低約30%。2計(jì)算路面的維持平均亮度或維持平均照度時(shí)應(yīng)根據(jù)光源種類、燈具防護(hù)等級和擦拭周期，按照標(biāo)準(zhǔn)的附錄B確定維護(hù)系數(shù)。3.表中各項(xiàng)數(shù)值僅適用于干燥路面。4表中對每一級道路的平均亮度和平均照度給出了兩檔標(biāo)準(zhǔn)值，“/”的左側(cè)為低檔值，右側(cè)為咼檔值。根據(jù)道路標(biāo)準(zhǔn)，路燈燈具的選擇主要考濾反射性、照度、維護(hù)系數(shù)，道路照明的質(zhì)量一般可用路面亮度、均勻度、眩光這三個(gè)指標(biāo)

8、衡量。道路照明質(zhì)量表現(xiàn)在：（1）亮度水平道路平均亮度按道路等級有不同的亮度要求。一般快速路和主干道需要2cd/m2以上的亮度要求，次干道和輔道或小區(qū)道路相對較低。（2）平均照度平均照度指路面所有照度的平均值，是照明強(qiáng)度的單位，一般用lm表示。（3）眩光由于視野中的亮度分布或者亮度范圍的不適宜，或存在極端的對比，以致引起不舒適感覺或降低視察目標(biāo)或細(xì)部的能力的視覺現(xiàn)象。道路照明應(yīng)努力在不舒適眩光限制在一定范圍內(nèi)，一般用G值表示，一般情況下，G=7。太陽能路燈的照明由于系統(tǒng)各方面的限制，不可能按照市電的照明標(biāo)準(zhǔn)來要求，目前可以借鑒的主要是一些地方標(biāo)準(zhǔn)，如北京市的地方標(biāo)準(zhǔn)-太陽能光伏室外照明裝置技術(shù)規(guī)

9、范（DB11/T542-2008）,其中對于照明標(biāo)準(zhǔn)方面規(guī)定：鄉(xiāng)村街道、道路維持水平平均照度在34lx,水平照度均勻度為0.10.2；燈具的類型采用半截光型燈具等。具體路燈燈具的選擇還要根據(jù)我國的道路照明標(biāo)準(zhǔn)和人行道照明標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)算來確定。2.人行道照明標(biāo)準(zhǔn)人行道照明主要是為行人提供一個(gè)安全的照明環(huán)境,使得行人在夜晚行走時(shí)能看清道路和周圍情況以保證其安全，或者說能辨別路面存在的障礙物或者察覺可能逼近的危險(xiǎn)。人行道照明對于均勻性的要求并不嚴(yán)格，但是對于路面最小照度有要求，具體要求如表2-15。同時(shí)，為了幫助行人看清道路上的障礙物，對于垂直照度也有相應(yīng)的要求。表2-15不同人行道類型的照明標(biāo)準(zhǔn)夜間

10、行人流量區(qū)域路面平均照度EAv（lx）維持值路面最小照度Emin（lx）維持值最小垂直照度Evmin（lx）維持值流量大的道路商業(yè)區(qū)207.54居住區(qū)1032流量中的道路商業(yè)區(qū)1553居住區(qū)7.51.51.5流量小的道路商業(yè)區(qū)1032居住區(qū)511學(xué)習(xí)情境2太陽能路燈的設(shè)計(jì)（一）現(xiàn)場勘查太陽能路燈由于采用太陽能輻射進(jìn)行發(fā)電，因此對于路燈安裝的具體地點(diǎn)具有特殊要求，并且在安裝前必須對安裝地點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場勘查?？辈榈膬?nèi)容主要有：察看安裝路段道路兩側(cè)(主要是南側(cè)或東、西兩側(cè))是否有樹木、建筑物等遮擋。有樹木或者建筑物遮擋可能影響采光的，要測量其高度以及與安裝地點(diǎn)的距離，計(jì)算并確定其是否影響太陽能電池組件的

11、采光。對太陽能光照的一般要求是太陽能光照至少能保證上午9:00至下午3:00之間不能有遮擋物影響采光。觀察太陽能燈具安裝位置上空是否有電纜、電線或其他影響燈具安裝的設(shè)施。注意：嚴(yán)禁在高壓線下方安裝太陽能燈具。工的設(shè)施，是否有禁止施工的標(biāo)志等。安裝時(shí)應(yīng)盡量避開以上設(shè)施，當(dāng)確實(shí)無法避開時(shí)，請與相關(guān)部門聯(lián)系，協(xié)商同意后方可進(jìn)行施工。了解太陽能路燈基礎(chǔ)及電池艙部位地底下是否有電纜、光纜、管道或其他影響施避免在低洼處或容易造成積水的地段安裝太陽能路燈。對安裝太陽能路燈地段應(yīng)事先進(jìn)行現(xiàn)場拍照。測量路段的寬度、長度、遮擋物高度和距離等參數(shù)，記錄路向，并將其和照片等資料一起提供給方案設(shè)計(jì)者以供參考。(二)安裝

12、布置在安裝布置太陽能路燈時(shí)，應(yīng)遵循以下準(zhǔn)則：根據(jù)道路的寬度、照明要求來選擇安裝布燈的方式。太陽能路燈布置常用的三種方式如圖2-37所示。(a)單側(cè)布置(b)雙側(cè)交錯(cuò)布置(c)雙側(cè)對稱布置圖2-37太陽能路燈安裝布置的三種方式燈具的懸臂長度不宜超過安裝高度的1/4，燈具的仰角不宜超過15。燈具的安裝高度(H)、間距(S)、路寬(m和布置方式間的關(guān)系如表2-16所示。表2-16燈具的安裝高度、間距、路寬和布置方式間的關(guān)系燈具布置方式安裝高度(H)間距(S)單側(cè)布置0.81W45H雙側(cè)父錯(cuò)布置0.60.7w4SH雙側(cè)對稱布置0.40.5W745H光源的選擇太陽能路燈光涿的選擇原則是選擇適合環(huán)境要求、

13、光效高、壽命長的光源。同時(shí)為了提高太陽能發(fā)電的使用效率，盡量選擇直流輸入光源，避免由于引入逆變器而帶來的功率損失(由于小型逆變器的效率比較低，一般低于80%)。常用的光源類型有三基色節(jié)能燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、LED、陶瓷金鹵燈、無極燈等。下面針對應(yīng)用最多的太陽能燈具光源加以分析比較，表7-2為常見的直流輸入光源特性。在具體選用太陽能路燈光源時(shí)可參照道路狀況和客戶要求進(jìn)行選擇。需要注意的是，各種光源都有一定的功率限制和常用規(guī)格，選擇光源功率時(shí)盡量選擇常用光源功率。近年來也出現(xiàn)了一些新型光源，如混光型節(jié)能路燈燈具，將高顯色性、高色溫的金鹵燈和高效光源低壓鈉燈兩種光源系統(tǒng)一體化置于燈具電器倉內(nèi)，不

14、僅使整體光效及顯色性、色溫明顯提高，而且在一定程度上也提高了照明質(zhì)量。如表2-17和圖2-38所示。表2-17常見直流輸入光源特征一覽表光源種類光效(lm/w)顯色指數(shù)（Ra）色溫（K）平均壽命（h）特點(diǎn)三基色節(jié)能燈608090270064005000光效高、光色好、成本低、應(yīng)用廣泛高壓鈉燈100120402000240024000光效高、壽命長、透霧性強(qiáng)、更加適合道路照明低壓鈉燈150以上30180028000光效特高、壽命長、透霧性好，顯色性差無極燈5570852700650040000壽命長、無頻閃、顯色性好LED6080806500(白色)30000壽命長、無紫外紅外輻射、低電壓工作、

15、可輻射多種光色、可調(diào)功率陶瓷金鹵燈80110903000400012000壽命長、光效高、顯色性好1）三基色節(jié)能燈（2）高壓鈉燈（3）低壓鈉燈4）無極燈（5）LED（6）陶瓷金鹵燈圖2-38常見直流輸入光源LED作為半導(dǎo)體光源，節(jié)能、使用壽命長。其發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，是未來太陽能路燈較為理想的光源，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展其應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。將取代普通、傳統(tǒng)的路燈。（四）系統(tǒng)配置的計(jì)算太陽能路燈系統(tǒng)配置的計(jì)算一般是按照獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的，可以采用專用的設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行設(shè)計(jì)，近年來使用較多的如加拿大環(huán)境資源部和美國宇航局聯(lián)合開發(fā)的RetScreen軟件等。下面介紹太陽能路燈系統(tǒng)配置的簡單估算方法

16、。峰值日照時(shí)數(shù)的計(jì)算峰值日照時(shí)數(shù)的計(jì)算公式如下峰值值日照時(shí)=A(2-27)3.6x365式中，A為傾斜西的上年輻照總量，單位為MJ/m2。例如：某地的方陣面上的年輻照為6207MJ/m2,則年峰值日照時(shí)數(shù)為年峰值峰值日照=IS?=4-72h系統(tǒng)電壓的確定將太陽能路燈光源的直流輸入電壓作為系統(tǒng)電壓，一般為12V或24V。特殊情況下也可以選擇交流負(fù)載，但必須增加逆變器才能工作。(系統(tǒng)工作電壓選擇的一般原則：戶用系統(tǒng)為12VDC或24VDC；通信系統(tǒng)為48VDC；電力系統(tǒng)為110VDC；大型電站為220VDC或更高)。選擇交流負(fù)載時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量提高系統(tǒng)直流電壓，以減少線損。選擇系統(tǒng)直

17、流輸入電壓時(shí)要兼顧控制器、逆變器等器件的選型。太陽能板的容量計(jì)算太陽電池組件容量=2-28)負(fù)載功率x負(fù)載工作時(shí)間平均日照時(shí)數(shù)XPV充電效率x蓄電池充電效率x系統(tǒng)匹配損失太陽能組件功率的計(jì)算方法根據(jù)每天負(fù)載需要的用電量除以當(dāng)?shù)氐淖畹陀行照諘r(shí)數(shù)，參考系統(tǒng)綜合效率n,考慮連續(xù)陰雨天間隔系數(shù)，就可以得出實(shí)際需用的太陽能組件功率，基本公式為：太陽能組件功率=-(2-29)AxBxq公式2-23中字母分別為：負(fù)載功率(V)、負(fù)載每天連續(xù)工作時(shí)間(H)、系統(tǒng)使用地區(qū)最低有效日照時(shí)數(shù)(A)、當(dāng)?shù)剡B續(xù)陰雨天間隔系數(shù)(B)。蓄電池容量的計(jì)算首先根據(jù)當(dāng)?shù)氐年幱晏烨闆r來確定選用的蓄電池類型和蓄電池的存貯天數(shù)，太陽

18、能路燈設(shè)置陰雨天數(shù)要根據(jù)各地的天氣氣候而定，比如說新疆和廣東地區(qū)每年的陰雨天總數(shù)相差很大，而且你可以仔細(xì)觀察新疆連續(xù)的陰雨天很少，而南方地區(qū)如湖南湖北等地連續(xù)陰雨是很平常的事情。而且還有個(gè)問題霧霾天氣也要考慮在內(nèi)，冬季較長的地區(qū)陰雨天一定要設(shè)置長些，比如黑龍江地區(qū)，雪根本化不完這樣就造成太陽能板的采光收到很大的影響。一般北方選擇的存貯天數(shù)為35天，西部少雨地區(qū)可以選用2天，南方的多雨地區(qū)存貯天數(shù)可以適當(dāng)增加，長江以南地區(qū)要在5天以上，具體天數(shù)還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜照罩笖?shù)來確定。蓄電池的容量計(jì)算公式如下：蓄電池容量=負(fù)載功率x日工作時(shí)間x(存貯天數(shù)+1)(2-30)放電深度x系統(tǒng)電壓式中，蓄電池容量的

19、單位為Ah；負(fù)載功率的單位為W；日工作時(shí)間的單位為h；存貯天數(shù)的單位為d放電深度一般取0.7左右；系統(tǒng)電壓的單位為V。例如：光源功率為18W,每天工作8h,蓄電池存貯天數(shù)為3d,系統(tǒng)電壓為12V，則需要的蓄電池容量為需要的蓄電池容量=1888(3+1=68Ah0.7x12然后再根據(jù)系統(tǒng)電壓和容量的要求來選配蓄電池。以上計(jì)算沒有考慮溫度的影響，若蓄電池的最低工作溫度低于-20C，則應(yīng)對蓄電池的放電深度加以修正。具體修正系數(shù)可咨詢蓄電池生產(chǎn)廠家。平均照度的計(jì)算在對道路進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，對照度、亮度及均勻度的計(jì)算是必不可少的，一般情況下可以采用道路照明設(shè)計(jì)軟件或照明計(jì)算表進(jìn)行計(jì)算，也可以根據(jù)燈具的配兆

20、曲線進(jìn)行簡單的計(jì)算。下面給出常用道路的平均照度計(jì)算公式，讀者可以以此公式進(jìn)行照度計(jì)算，或者根據(jù)照度來計(jì)算路燈的間距及光源功率等參數(shù)。2-31)廠FxUxKxWE=WxS式中，F(xiàn)為光源的總光通量(lm)；U為利用系數(shù)(由燈具利用系數(shù)曲線查出)；K為維護(hù)系數(shù)；W為道路寬度(m)；S為路燈安裝間距(m)；W為與排列方式有關(guān)的數(shù)值(當(dāng)路燈采用單側(cè)排列或交錯(cuò)排列時(shí)，N=1；當(dāng)路燈采用相對矩形排列時(shí)，N=2)。燈桿的設(shè)計(jì)太陽能路燈常用的是鋼質(zhì)錐形燈桿，琪；特點(diǎn)是美觀、堅(jiān)固、耐用，且便于做成各種造型，加工工藝簡單、機(jī)械強(qiáng)度高。常用錐形燈桿的截面形狀有圓形、六邊形、八邊形等，錐度多為1：90和1：100,壁厚

21、可根據(jù)燈桿的受力情況一般選取35mm。由于太陽能路燈工作的環(huán)境是室外，為了防止燈桿生銹腐蝕而降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，必須對燈桿進(jìn)行防腐蝕處理。防腐蝕處理的方法主要是針對銹蝕原因來采取預(yù)防措施。防腐蝕主要是要避免或減緩潮濕、高溫、氧化、氯化物等因素的影響。常用的方法如下：熱鍍鋅：將經(jīng)過前處理的制件浸入熔融的鋅液中，在其表面形成鋅和鋅鐵合金鍍層的工藝過程和方法，鋅層厚度在6590um。鍍鋅件的鋅層應(yīng)均勻、光渭，無毛刺、滴瘤和多余結(jié)塊，鋅層應(yīng)與鋼桿結(jié)合牢固，鋅層不剝離，不凸起。噴塑處理：熱鍍鋅后再進(jìn)行噴塑處理，噴塑粉末應(yīng)選用室外專用粉末，涂層不得有剝落、龜裂現(xiàn)象。噴塑處理不僅可以提高鋼桿的防腐性能，且能大大提

22、高燈桿的美觀裝飾性，顏色也有多種選擇。此外，由于太陽能燈桿內(nèi)安裝有控制器等電氣件(有的蓄電池也安裝在燈桿內(nèi))，設(shè)計(jì)太陽能燈桿除了要滿足強(qiáng)度和造型方面的要求外，還必須注意燈桿的防水性能和防盜性能，防止雨水進(jìn)入燈桿內(nèi)造成電氣故障；避免采用常規(guī)的工具就能打開維護(hù)門(如使用內(nèi)六角螺栓、鉗子等)，防止人為進(jìn)行破壞或盜竊。三、項(xiàng)目實(shí)施下面以實(shí)例形式詳細(xì)講解太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算和配置的選用。其中有簡單的計(jì)算公式，希望讀者能掌握。太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例1設(shè)計(jì)要求：負(fù)載輸入電壓24V,功耗34.5W,每天工作時(shí)數(shù)85h,保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。西南地區(qū)某地20年年均輻射量107.7kcal/c

23、m2經(jīng)簡單計(jì)算此地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為輻射量X0.0116107700 x0.0116峰值值日照小時(shí)(Tp)=a3.424h365365注：輻射量的單位為卡/平方厘米用此公式兩個(gè)連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計(jì)最短天數(shù)為20天。34.5負(fù)載日耗電量=-24-x85=122Ah1.05x12.2x所需太陽需太陽能組件電電流=-.424x0.8；0=59A式中：1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)085為蓄電池充電效率。太陽能組件的最少總功率=17.2x5.9=102W太陽能電池組件的最佳工作電壓為17.2V,選用單塊峰值輸出功率為55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件兩塊凝煉，可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下正常運(yùn)行

24、。根據(jù)上面的計(jì)算知道，負(fù)載U耗電量為12.2Ah。在蓄電池充滿的情況下，可以連續(xù)工：作7個(gè)陰雨滅，再加上第一個(gè)晚上的工作，蓄電池容量為：蓄電池容量=12.2x(7+1)=97.6Ah選用2組12V/100Ah的蓄電池就可以滿足要求了。我國地域廣闊，氣候差異很大，蓄電池白天儲(chǔ)存的電能應(yīng)能滿是夜晚照明的需求，同時(shí)應(yīng)該滿足當(dāng)?shù)剡B續(xù)陰雨天氣時(shí)夜晚照明的需求。但是，所選蓄電池容量也不必過大，否則蓄電池經(jīng)常處丁虧電狀態(tài)，將影響蓄電池的壽命，造成小必要的浪費(fèi)。對蓄電池容量大小的選擇，我圍西部地區(qū)戍高III照明燈日耗電量的4倍以上；北方地區(qū)應(yīng)高出照明燈日耗電量5倍以上；南方地區(qū)應(yīng)高出照明燈日耗電量6倍以上。2

25、太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例2若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度，北緯23度，年平均水平日太陽輻射為3.82kWh/m2.年平均月氣溫為20.5度，兩個(gè)連續(xù)的陰雨天間隔時(shí)長25天。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)約3.9h。負(fù)載日耗電量Q丿xh=30 x8=20AhV12式中：V為系統(tǒng)蓄電池標(biāo)稱電壓。滿足負(fù)載日用電的太陽能電池組件的充電電流。八Qx】.51hx0.85x0.9=7.04A式中：1.05為太剛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。蓄電池容量的確定。滿足連續(xù)10個(gè)陰雨天正常工

26、作的電池容量CoQx(d+1)x1.10.7520 x80.75x1.1二235Ah式中：0.75為蓄電池放電深度，1.1為蓄電池安全系數(shù)。電池容量為235Ah，選取2節(jié)2V/120Ah的電池組成電池組件。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I2oCx0.75240 x0.75I=1.85A2hxD3.9x25式中：0.75為蓄電池放電深度。太陽能電池組件的功率為：(I+1)x18=(1.85+7.04)x18=160WP12式中：18為太陽能電池組件工作電壓。選取2塊峰值功率為80Wp的太陽能電池組件。3.太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例3太陽能電池板和蓄電池配置計(jì)算公式：計(jì)算負(fù)荷

27、電流。如12V蓄電池系統(tǒng)；30W的燈2只，共60Wo電流=60W/12V=5A計(jì)算出蓄電池容量需求：如路燈每夜累計(jì)照明時(shí)間需要為滿負(fù)載7h；如晚上8：00開啟，夜間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(jì)6天）。蓄電池=5Ax7hx（5+1）天=5Ax42h=210Ah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；放電預(yù)留20%左右。所以210Ah也只是應(yīng)用中真正標(biāo)準(zhǔn)的70%左右。計(jì)算電池板的需求峰值（Wp）。太陽能踣燈每夜累計(jì)照明時(shí)間需要為7h；電池板平均每天接受有效光照時(shí)間為4.5h（4.5h每

28、天光照時(shí)間為長江中下游附近地區(qū)口照系數(shù)）;最少放寬對電池板需求20%的預(yù)留額。4.5hW=5AX7hx12%収=162(W)p另外在太陽能路燈組件中，線損、控制器的損耗及恒流源的功耗各有不同，實(shí)際應(yīng)用可能在5%25%左右。所以162W也只是理論值，根據(jù)實(shí)際情況需要有所增加。四、知識拓展-太陽能供電系統(tǒng)路燈技術(shù)方案與典型配置方案1.項(xiàng)目概況計(jì)劃在北京某度假村安裝獨(dú)立式太陽能庭院燈、草坪等，并且做一個(gè)獨(dú)立供電系統(tǒng)，為某套客房的照明提供太陽能電力。月份各月水平面上的平均日輻射（kWh/m2/0）月平均溫度（C）各月光伏陣列水平面上的平均日輻射（kWh/m2/日）一月2.08-4.33.33二月2.8

29、9-1.93.98三月3.725.14.36四月5.0013.65.27五月5.4420.05.28六月5.4724.25.14七月4.2225.94.03八月4.2224.64.24九月3.9219.64.36十月3.1912.74.08十一月2.224.33.33十二月1.81-2.22.97氣象條件根據(jù)上述資料，為保證系統(tǒng)能夠全年正常工作，以平均標(biāo)準(zhǔn)日照3.3小時(shí)計(jì)算，連續(xù)陰雨天3天以上能夠正常工作。設(shè)計(jì)依據(jù)太陽能電源系統(tǒng)的制造、驗(yàn)收和交接試驗(yàn)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未提及部分參考IEC標(biāo)準(zhǔn)，如表2-18所示。表2-18國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)序號序列號國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1

30、GB/T9064家用太陽能電源系統(tǒng)技術(shù)條件和試驗(yàn)方法2GB/T9535地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型3GB/T18479地面用光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)概述和導(dǎo)則4GB50054低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范5GB17478低壓直流電源設(shè)備的特性和安全要求6GB6495光伏器件7GB/T17626電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)8GB13337.1固定型防酸式鉛酸畜電池技術(shù)條件9YD799通信用閥控式密封鉛酸電池10GB191包裝貯運(yùn)標(biāo)志11GBJ23282電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范12GBJ17-88鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范13GBJ9-87建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范14GB/T7000.1-20燈具一般安全要求與試驗(yàn)15CJJ89

31、-2001城市道路照明工程施工與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)16CJJ45-9城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)17GB/T11373T98熱噴涂金屬件表面處理通則獨(dú)立式太陽能庭院燈的設(shè)計(jì)根據(jù)客戶提供的圖紙，建議在道路兩邊安裝4.5米庭院燈。光源采用DC12V/15W三基色節(jié)能燈(燈型可以和客戶協(xié)商確定，如果是雙燈頭燈型，選用2盞7W節(jié)能燈)。每天工作6-8小時(shí)。連續(xù)陰雨天3天以上仍能夠正常工作。(1)燈具和光源的設(shè)計(jì)選型：根據(jù)圖紙，建議選用DC12V15W三基色節(jié)能燈。發(fā)光效率大于50lm/W，壽命大于6000小時(shí)，通過國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測。類型負(fù)載功率(W)工作電壓(V)工作時(shí)間(H)備電天數(shù)(D)負(fù)載消耗電量(

32、WH)節(jié)能燈15W節(jié)能燈1283902)太陽能電池組件容量設(shè)計(jì)選型：太陽電池組件容量=負(fù)載功率x負(fù)載日工作時(shí)間平均日照時(shí)數(shù)XPV充電效率X蓄電池充電效率X系統(tǒng)匹配損失=57.6W15x83.3x0.7x0.95x0.95實(shí)際選擇太陽電池組件容量：60Wp。蓄電池的設(shè)計(jì)選型：DOD蓄電池的放電深度：60%蓄電池容量計(jì)算公式如下：負(fù)載耗電量X備電時(shí)間蓄電池放電深度X系統(tǒng)工作電壓15x8x40.6X12=66Ah實(shí)際選擇蓄電池的容量為：12V/65Ah（4）路燈控制器的設(shè)計(jì)選型：系統(tǒng)額定電壓：DC12V輸入電流=需X125=4主體燈桿的設(shè)計(jì)選型：作為太陽能路燈設(shè)備，由于太陽能電池板面積比較大，且考慮

33、安全及采光等因素，都放在桿頂部，因此風(fēng)力對桿體作用力主要考慮太陽能電池板上，在燈桿主體設(shè)計(jì)過程中必須考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載因素對結(jié)構(gòu)的影響，通過風(fēng)荷載計(jì)算，選擇燈桿主體結(jié)構(gòu)為：上細(xì)下粗變徑桿，下部粗桿為直徑140mm鋼管，上部細(xì)桿部分為76mm鋼管，表面鍍鋅噴塑處理；桿體通過下部法蘭與水泥基礎(chǔ)緊固。燈桿高度4.5米?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)：A實(shí)際選擇控制器容量：5A表2-19主要技術(shù)參數(shù)型號12V/10A路燈專用太陽能控制器總額定充電電流5A總額定負(fù)載電流5A系統(tǒng)電壓12V過載1.25倍額定電流60秒.1.5倍額定電流5秒時(shí)過載保護(hù)動(dòng)作.短路保護(hù)三3倍額定電流短路保護(hù)動(dòng)作空載損耗W6mA（含指示燈LED功耗）

34、充電回路壓降不大于0.26V放電回路壓降不大于0.15V超壓保護(hù)17V工作溫度工業(yè)級：-35C至+55C；提升充電電壓14.6V；（維持時(shí)間：10min）（僅當(dāng)出現(xiàn)過放電時(shí)調(diào)用）直充充電電壓14.4V；（維持時(shí)間：10min）浮充13.6V；（維持時(shí)間：直至降到充電返回電壓動(dòng)作）充電返回電壓13.2V；溫度補(bǔ)償-5mv/C/2V（提升、直充、浮充、充電返回電壓補(bǔ)償）欠壓電壓12.0V；過放電壓11.1V-放電率補(bǔ)償修正的初始過放電壓（空載電壓）；過放返回電壓12.6V；控制方式充電為優(yōu)化PWM脈寬調(diào)制在太陽能路燈系統(tǒng)中，一個(gè)需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)主要分為兩方面，一為電池組件支

35、架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩方面分別做分析。太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)：我司生產(chǎn)的太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2400Pa。抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相當(dāng)于十級風(fēng))，考慮本組件的結(jié)構(gòu)安裝方式(傾斜安裝)，根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有332Pa。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。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。本項(xiàng)鄉(xiāng)村道路太陽能路燈的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用Q235-4.8級M8國標(biāo)螺栓8個(gè)固定連接?？估?70MPa,根據(jù)上述風(fēng)荷載值為332Pa,則實(shí)際每個(gè)螺栓的受力為332Pa/4=83Pav

36、v170MPa,能夠滿足抗風(fēng)能力的要求。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=45度，燈桿高度=4.5m，設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度8=3.5mm,燈桿底部外徑=140mm。如2-39圖，焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W的計(jì)算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為：PQ=4500+(140+6xsin45o=3285mm=3.285mtan450所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M=FX3.285。本項(xiàng)目單燈頭太陽能路燈燈電池板的基本荷載為332N。所以，M=FX3.285=332X3.285=1090N。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W=(3xr2x8+3xrx

37、82+83)(2-32)上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，8是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩W=nX(3r28+3r82+83)/4=nX(3X352X3.5+3X35X3.52+3.53)/4=12385mm3=12.39X106m3 l3W二兀x(3xr2x8+3xrx82+83)二兀x(3x352x3.5+3x35x3.52+3.53)二44466mm3二0.05xlO-6m3風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力應(yīng)力=M/W=1090/(12.39X10-6)=97.66X106Pa=87.97MPaVV215MPa其中，215MPa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求。本產(chǎn)品采用靜電涂裝新

38、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(shí)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(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高。太陽能路燈地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)：4-M18圖2-40太陽能路燈地基結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)燈桿主體的技術(shù)要求，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)保障在風(fēng)力為最大不超過27m/s時(shí)，保證燈桿主體能夠承受風(fēng)力的影響，保障燈體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。根據(jù)上述原則，太陽能路燈設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)如圖2-40所示。路燈基礎(chǔ)外形尺寸為400*400*600毫米，混凝土重量G=0.4X0.4X0.6X混凝土密度為(25KN/m3)=2400N，根據(jù)上述計(jì)算風(fēng)荷載最大上拔力為78

39、0NG,能夠滿足穩(wěn)固性要求。路燈基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級不低于C25,機(jī)械攪拌，機(jī)械振搗施工。和燈桿連接的地腳螺栓為M18,經(jīng)過防腐處理?；A(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋直徑30毫米的PVC管，并連接到蓄電池室。管內(nèi)穿蓄電池到控制器的電纜。施工完畢后密封管口，并在管與蓄電池室預(yù)留孔周圍涂密封膠，做防潮處理。蓄電池室采用混凝土現(xiàn)場澆注，強(qiáng)度等級不低于C25,上表面距離地表300毫米以上。內(nèi)部放置裝蓄電池的玻璃鋼箱體，以加強(qiáng)防水能力。內(nèi)表面做防滲處理。表2-20太陽能路燈系統(tǒng)配置名稱規(guī)格單位數(shù)量價(jià)格備注太陽能電池板60Wp塊1路燈控制器12V/5A臺1光控+8H蓄電池12V/65Ah塊1蓄電池箱玻璃鋼只1橡套線2*1.5m

40、m2米15照明光源15W節(jié)能燈套1PHOCOS燈桿4.5米套1總價(jià)說明：以上價(jià)格不含土建、運(yùn)輸、安裝調(diào)試費(fèi)用（二）典型配置方案表2-2110WLED太陽能路燈典型配置方案部件型號及規(guī)格數(shù)量備注光源10WLED太陽能電池組件30W1塊多晶硅蓄電池65Ah/12V1塊VRLA蓄電池控制器12V/10A1臺過電流、過放電保護(hù)塔桿4m1套熱鍍鋅，噴塑表2-2218WLED太陽能路燈典型配置方案部件型號及規(guī)格數(shù)量備注光源18WLED太陽能電池組件60W1塊多晶硅蓄電池65AH/12V1塊VRLA蓄電池控制器12V/10A1臺過電流、過放電保護(hù)塔桿（燈桿）4m1套熱鍍鋅，噴塑表2-2321WLED太陽能路燈典型配置方案部件型號及規(guī)格數(shù)量備注光源21WLED太陽能電池組件70W1塊多晶硅蓄電池80AH/12V1塊VRLA蓄電池控制器