甘肅太陽能路燈方案、太陽能路燈設(she)計、太陽能(neng)LED路燈配(pei)置

1.系統組成

系(xi)統由太陽能(neng)電(dian)(dian)池組(zu)件部(bu)分(fen)(fen)（包括(kuo)支架）、LED燈頭(tou)、控(kong)制箱(xiang) （內有(you)控(kong)制器、蓄電(dian)(dian)池）和燈桿幾部(bu)分(fen)(fen)構成(cheng)；太陽能(neng)電(dian)(dian)池板光效達到127Wp/m2，效率(lv)較(jiao)高，對(dui)系(xi)統的(de)抗風設計(ji)非常有(you)利；燈頭(tou)部(bu)分(fen)(fen)以1W白光LED集(ji)成(cheng)于印刷(shua)電(dian)(dian)路板上排列為一(yi)定間(jian)距的(de)點陣作為平面發光源。

控制(zhi)箱(xiang)箱(xiang)體以不銹鋼為材質，美觀(guan)耐用(yong)(yong)；控制(zhi)箱(xiang)內放置免(mian)維護(hu)(hu)(hu)鉛酸蓄(xu)電(dian)池(chi)和充放電(dian)控制(zhi)器(qi)。本(ben)系統(tong)選用(yong)(yong)閥控密封式鉛酸蓄(xu)電(dian)池(chi)，由于(yu)其維護(hu)(hu)(hu)很少，故又(you)被稱為“免(mian)維護(hu)(hu)(hu)電(dian)池(chi)”，有利于(yu)系統(tong)維護(hu)(hu)(hu)費(fei)用(yong)(yong)的降低；充放電(dian)控制(zhi)器(qi)在(zai)設(she)計上(shang)兼顧了功能(neng)齊備（具(ju)備光控、時控、過(guo)充保(bao)護(hu)(hu)(hu)、過(guo)放保(bao)護(hu)(hu)(hu)和反接(jie)保(bao)護(hu)(hu)(hu)等）與成本(ben)控制(zhi)，實現很高(gao)的性價比(bi)。

2.工作原理

系統工作原理(li)簡單，利用(yong)光生伏(fu)特(te)效(xiao)應(ying)原理(li)制成的(de)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)白天電(dian)(dian)(dian)池(chi)板接收太(tai)(tai)陽輻射(she)能(neng)(neng)并轉化(hua)為(wei)電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)輸出，經過(guo)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)控制器(qi)儲存在(zai)蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)中，夜晚當(dang)照(zhao)度逐漸(jian)降低至10lux左右(you)、北京盛日科(ke)技太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)板開路電(dian)(dian)(dian)壓4.5V左右(you)，充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)控制器(qi)偵測到這(zhe)一電(dian)(dian)(dian)壓值(zhi)后動作，蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)對(dui)燈頭(tou)放(fang)電(dian)(dian)(dian)。蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)8.5小時后，充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)控制器(qi)動作，蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)放(fang)電(dian)(dian)(dian)結束。充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)控制器(qi)的(de)主要作用(yong)是保護蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)。

3.設計(ji)思想

太陽能電池組件選型(xing)

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

⑴ 北京地(di)區(qu)近(jin)二(er)十(shi)年(nian)年(nian)均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jing)簡單計算北京地(di)區(qu)峰值日照時數約為3.424h；

⑵ 負載日耗電量 = = 12.2AH

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

在這里，兩個連續陰雨天(tian)數之間的(de)設計最短(duan)天(tian)數為20天(tian)，1.05為太陽能電池(chi)組(zu)件(jian)系統綜合損失系數，0.85為蓄電池(chi)充電效(xiao)率。

⑷ 太陽能(neng)組(zu)件的最少(shao)總(zong)功率數(shu) = 17.2×5.9 = 102W

選用峰值輸出(chu)功率110Wp、單塊55Wp的標(biao)準電池(chi)組件，應該可以保證路(lu)燈(deng)系(xi)統在一年大多數情況下的正常運行。

4.蓄電池選型

太(tai)陽能供(gong)電(dian)系統中(zhong)，蓄電(dian)池的(de)性能好壞(huai)直接影響系統的(de)綜合成本及運行好壞(huai)和(he)使用(yong)壽命，本方(fang)案中(zhong)選用(yong)我公司與中(zhong)國科學(xue)院金屬研究所聯合研制的(de)最新成果儲能型膠體蓄電(dian)池， 與普(pu)通的(de)鉛酸電(dian)池相比，它在設計上和(he)制造工藝(yi)上有以下(xia)突(tu)出特點：

使(shi)用壽命超長，正常情(qing)況(kuang)下(xia)使(shi)用壽命為五到(dao)十(shi)年。

采用(yong)適合的正負極合金配方及活(huo)性物質(zhi)配比，使電(dian)(dian)池更加適合儲能(neng)電(dian)(dian)池循(xun)環充、放電(dian)(dian)的使用(yong)特點。

膠體電解液的(de)(de)設計(ji)，有(you)效的(de)(de)抑(yi)制(zhi)活性物質的(de)(de)脫銹和(he)極板的(de)(de)鹽化現象，從而延緩(huan)了電池在使用過(guo)程中的(de)(de)性能衰降。大大改善(shan)了電池的(de)(de)深(shen)充放循環壽(shou)命。

選用笫四代照明產品LED光源(yuan) 。             

LED光源優勢

1）.發光效(xiao)率高，耗電量(liang)小，使用壽(shou)命長，工作溫度低。 

2）.安全可(ke)靠性(xing)強。 

3）.反(fan)應速度快，單元(yuan)體積小(xiao)，綠色(se)環保。 

4）.同亮度下(xia)，耗(hao)電(dian)是白熾(chi)燈(deng)的十分(fen)之一，熒光(guang)燈(deng)的三分(fen)之一，而(er)壽命卻是白熾(chi)燈(deng)的50倍(bei)，熒光(guang)燈(deng)的20倍(bei)，是繼白熾(chi)燈(deng)、熒光(guang)燈(deng)、氣體放電(dian)燈(deng)之后的第四代照明產(chan)品。 

5）.單顆(ke)大功率超亮度LED的問(wen)世(shi)，是(shi)(shi)LED應用領域跨至高效率照(zhao)明(ming)光源市場成為可能，將(jiang)是(shi)(shi)人類繼愛迪生(sheng)發明(ming)白熾(chi)燈(deng)后偉(wei)大的發明(ming)之一。 

5.電池組件支架

1) 傾角設計

為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的(de)太陽輻射(she)能盡可能的(de)多，我們要為太陽能電池組件選擇一個合適傾角。 

關(guan)于太陽能電(dian)池(chi)組件(jian)合適(shi)傾角(jiao)問題的探(tan)討，近年來在一些學(xue)術刊物上出現得不少(shao)。本次路燈(deng)使用地(di)(di)區為長(chang)沙地(di)(di)區，依據本次設計參(can)考相(xiang)關(guan)文獻中的資料(liao)[1]，選定太陽能電(dian)池(chi)組件(jian)支架傾角(jiao)為16o。 

2)抗風設計

在太陽能路燈(deng)系統(tong)中(zhong)，結構上(shang)一(yi)個需(xu)要非常重視的問題就(jiu)是(shi)抗風設(she)計(ji)。抗風設(she)計(ji)主要分為兩大塊(kuai)，一(yi)為電(dian)池組(zu)件支架(jia)的抗風設(she)計(ji)，二為燈(deng)桿(gan)的抗風設(she)計(ji)。下(xia)面按以(yi)上(shang)兩塊(kuai)分別做分析。

⑴ 太陽能(neng)電池(chi)組件(jian)支架的抗風(feng)設計 

依據電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)件(jian)(jian)廠家的(de)技術參數(shu)資料，太陽能電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)件(jian)(jian)可(ke)以(yi)承受(shou)(shou)的(de)迎風壓強為2700Pa。若抗風系(xi)數(shu)選定(ding)為27m/s（相當于十級臺風），根據非粘性流體力學，電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)件(jian)(jian)承受(shou)(shou)的(de)風壓只有365Pa。所以(yi)，組(zu)(zu)件(jian)(jian)本身(shen)是完(wan)全可(ke)以(yi)承受(shou)(shou)27m/s的(de)風速而不至于損壞的(de)。所以(yi)，設(she)計中關鍵(jian)要(yao)考慮的(de)是電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)件(jian)(jian)支架與燈桿的(de)連接(jie)。 

在本套路燈系統的設計(ji)中(zhong)電(dian)池(chi)組件(jian)支架與燈桿(gan)的連接設計(ji)使用螺栓桿(gan)固定連接。

⑵ 路(lu)燈燈桿的(de)抗風設(she)計 

路燈的參數如下： 

電池板傾角A = 16o 燈桿高(gao)度 = 5m 

設計(ji)選取(qu)燈桿底部焊縫(feng)寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm 

焊縫所在面(mian)即(ji)燈(deng)桿(gan)破壞面(mian)。燈(deng)桿(gan)破壞面(mian)抵(di)抗(kang)矩W 的(de)(de)計算點P到(dao)燈(deng)桿(gan)受(shou)到(dao)的(de)(de)電池板作用(yong)荷載F作用(yong)線的(de)(de)距離為 

PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風荷(he)載在燈(deng)桿破壞面(mian)上的作用(yong)矩M = F×1.545。 

根據27m/s的(de)(de)設計(ji)大(da)允(yun)許(xu)風速，2×30W的(de)(de)雙燈頭太陽能路燈電(dian)池(chi)板的(de)(de)基(ji)本荷載為730N。考(kao)慮1.3的(de)(de)安全系(xi)數，F = 1.3×730 = 949N。 

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

根據數學(xue)推導，圓環形破壞(huai)面(mian)的抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。 ;

上式中，r是(shi)圓環內徑，δ是(shi)圓環寬(kuan)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 

風荷載(zai)在破(po)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(qi)中，215 Mpa是(shi)Q235鋼的抗(kang)彎強度。 

所以，設計選取的(de)(de)焊縫(feng)寬(kuan)度滿(man)足要(yao)求(qiu)，只要(yao)焊接質量(liang)能保證(zheng)，燈(deng)桿的(de)(de)抗(kang)風是沒有問(wen)題的(de)(de)。 

6.控制器

太陽能充(chong)放電控制器的主要作用(yong)是保護(hu)蓄電池。基本功能必須具備過(guo)充(chong)保護(hu)、過(guo)放保護(hu)、光控、時控與防反接等。 

蓄(xu)電池防過充(chong)、過放(fang)保(bao)護(hu)電壓一(yi)般參數(shu)如表 

1)當蓄電(dian)池電(dian)壓(ya)達(da)到設定值后就改變電(dian)路的狀態 

在選(xuan)用器件上(shang)，目前有采用單片機的(de)，也有采用比較(jiao)器的(de)，方案較(jiao)多，各有特點(dian)和優點(dian)，應該根(gen)據客(ke)戶群(qun)的(de)需求特點(dian)選(xuan)定相應的(de)方案，在此不一一詳述。 

2)表面(mian)處(chu)理 

該系列產品采用靜電涂裝新(xin)技術(shu)，以FP專業建(jian)材涂料為主，可以滿足客戶對產品表面色彩及環境協調一致的(de)要(yao)求，同(tong)時產品自潔性(xing)高(gao)、抗蝕性(xing)強，耐老(lao)化，適用于任(ren)何(he)氣候環境。加工工藝(yi)設(she)計為熱浸鋅的(de)基礎上涂裝，使(shi)產品性(xing)能大大提高(gao)，達(da)到了最嚴(yan)格的(de)AAMA2605.2005的(de)要(yao)求，其它指標

太陽能路燈設計中配(pei)置參(can)考

產品參數

*主體材料(liao)：燈桿為(wei)全鋼結構、整體熱鍍鋅/噴塑處理 

*太(tai)陽能電池組件(jian)：晶體硅40-160WP（按(an)負(fu)載配置） 

*系統工作電壓：直流12V—24V 

*控制(zhi)器：太(tai)陽能燈具專用控制(zhi)器,光控+時控，智能控制(zhi)(天(tian)黑燈自開，天(tian)亮(liang)燈自熄滅) 

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

*光源類型：節能高功(gong)率LED燈(deng)具

*防護(hu)等級：IP65 

*使用溫度：-30度至70度，抗風力(li)≥150Km/h 

*照(zhao)明時(shi)間：4～14小時(shi)（可根據需要調節） 

*燈桿高度(du)：4米～10米（可以按(an)客(ke)戶要求制作） 

*陰雨天保證(zheng)：可(ke)連(lian)續工作4~5個陰雨天（區域/季節不(bu)同(tong)有差異）（可(ke)按客戶要求制作） 

本產品無需鋪設地下線纜，無需支付照明電費，太陽能路燈和太陽能庭院燈所采用的關鍵部件太陽能電池板、太陽能智能控制器、免維護蓄電池、照明燈具均經過國家發改委/GEF/世界銀行光伏產品認證。主要適用于城市道路、小區廣場、工業園區、旅游景區、公園綠化帶等場所的亮化照明。均已達到或超過GB的相關要求。