太阳能照明在道路的应用

李世光，张金青，刘东红

（河南省天域园林工程有限公司，河南 潢川 465150）

1 太阳能路灯的基本结构及工作原理

（1）太阳能路灯基本结构。太阳能路灯主要由太阳电池组件、组件支架 、光源、电控箱（内装控制器、蓄电池）、灯杆（含灯具）等几部分组成。

（2）太阳能路灯的工作原理。太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理，白天太阳电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存在蓄电池里，当夜幕降临或灯具周围光照度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电设定的时间后切断。如图1 ：太阳能路灯的工作原理示意图。

图1 太阳能路灯的工作原理示意图

2 路灯设计所需的信息

（1）太阳能路灯使用地的经度与纬度。通过地理位置的可以了解并掌握设备使用地的气象资源，比如月（年）平均太阳能辐照情况、平均气温、风力资源等，根据这些条件可以确定当地的太阳能标准峰值时数（h）和太阳电池组件的倾斜角与方位角。

（2）路灯所选用光源的功率（W）。光源功率的大小直接影响着整个系统的参数。

（3）太阳能路灯每天晚上工作的时间（H）。这是决定太阳能路灯系统中组件大小的核心参数，通过确定工作时间，可以初步计算负载每天的功耗和与之相应的太阳电池组件的充电电流。

（4）太阳能路灯需要保持的连续阴雨天数（d）。这个参数决定了蓄电池容量的大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳电池组件功率。

（5）确定两个连续阴雨天之间的间隔天数（d）。这是决定系统在一个连续阴雨天过后充满蓄电池所需要的电池组件功率。

3 路灯系统设计思路、要点及示例

太阳能光伏发电系统的基本原理相同，因而太阳能路灯的设计思路也可依据一般的太阳能发电系统，先确定太阳电池组件的功率，然后计算蓄电池的容量。但太阳能路灯又有其特殊性，需要确保系统工作的稳定与可靠，所以在设计时需要特别注意。

现在，举例说明太阳能路灯系统设计的要点。示例：需要在某市安装一批太阳能路灯，光源功率为30W，要求路灯每天工作8h，保证连续7个阴雨天能正常工作。当地东经114°，北纬23°，年平均水平日太阳辐射为3.82kW.h/m2，年平均月气温为20.5℃，两个连续的阴雨天间间隔时长25d。根据以上资料，计算出光伏组件倾斜角26度，标准峰值时数3.9h。

（1）负载日耗电量，Q=W*H/U=30W×8H÷12V=20Ah，式中U为系统蓄电池标称电压 。

（2）满足负载日用电的太阳能电池组件的充电电流：I1=Q*1.05/h/0.85/0.9=7.04A，式中1.05为太阳能充电综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率，0.9为控制器效率。

（3）蓄电池容量的确定，满足连续8个阴雨天正常工作的电池容量 C，C=Q*（d+1）/0.75*1.1=20*8/0.75*1.1=235Ah，取240Ah，式中0.75为蓄电池放电深度，1.1为蓄电池安全系数。选取2节12V/120Ah的电池组成电池组。

（4）连续阴雨天过后需要恢复蓄电池容量的太阳能电池组件充电电流 I2 I2=C*0.75/h/D=240*0.75/3.9/25=1.85A，式中0.75为蓄电池放电深度。

（5）太阳电池组件的功率为（I1+I2）*18=（1.85+7.04）*18=160Wp，式中18为太阳电池组件工作电压，选取2块峰值功率为 80Wp的太阳能电池组件。

4 太阳能路灯关键部件选型

（1）太阳电池组件。太阳电池组件的电压会随着温度的升高而降低，由于高温的影响，电池组件的电压损失约2V，而充电过程控制器上的二极管压降0.7V，所以选择工作电压为18V的组件。由于太阳能路灯的特殊性，太阳能电池板一般安装在灯杆上，对于路灯杆而言，一般都是5m以上，重心较高，而且大部分太阳电池板都是悬挂式，为增强整套设备的抗风力，一般选择多块太阳电池板组成所需要的组件功率。

太阳能电池板是太阳能路灯中的中央部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射才能退换为电能，或送至蓄电池中保留起来。在粘稠太阳光电池中较大都且较有用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充沛日照好的东西部地域，接纳多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池储存工艺相对删除，价钱比单晶低。在阴沉天比拟多、阳光相对不是很充沛的南方地域，接纳单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比拟永久。非晶硅太阳能电池在室外阳光不敷的情形下比拟好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件吁请比拟低。

（2）蓄电池（组）。由于太阳能光伏发电编制的输入能量极不永久，所以一边需求成立蓄电池编制才能事情。一边有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一边要按照以下大纲：最初在能享用夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量保留下来，同时还要能够保留享用经受阴沉天夜晚照明需求的电能。蓄电池容量过小不成够享用夜晚照明的需求，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成铺张。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种删除办法详目它们之间的关联。太阳能电池功率总是比负载功率跨越4倍以上，编制才能正常事情。太阳能电池的电压要遇上蓄电池的事情电压20%～30%,才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量总是比负载日耗量高6倍以上为宜。

（3）控制器。控制器是整个路灯系统中充当管理者的关键部件，它的最大功能是对蓄电池进行全面的管理，好的控制器应当根据蓄电池的特性，设定各个关键参数点，比如蓄电池的过充点、过放点，恢复连接点等。在选择路灯控制器时，特别需要注意控制器恢复连接点参数，由于蓄电池有电压自恢复特性，当蓄电池处于过放电状态时，控制器切断负载，随后蓄电池电压恢复，如果些时控制器各参数点设置不当，则可能出现灯具闪烁不定，缩短蓄电池和光源的寿命。

无论太阳能灯具大小，能凸起的充电放电统制器是必不可少的。为了延伸蓄电池的愚弄寿命，总是对它的充电放电条件加以限制，戒备蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的处所，及格的控制器还应具备温度补偿功效。同时太阳能控制器应兼有路灯统制功效，具有光控、时控功效，并应具有主动切控负载功效，便于阴沉天延伸路灯事情韶华。

（4）光源的选择。目前，针对太阳能路灯专用的光源较少，为减少有限能量的损失，光源尽量选直流光源。太阳能路灯接纳何种光源是太阳能灯具是否能正常愚弄的重要指标，一般太阳能灯具接纳低压节能灯、低压钠灯、无极灯、DLED光源。①低压节能灯：功率小，光效较高，但愚弄寿命2000小时，电压低灯管发黑，一边顺应太阳能草坪灯、庭院灯。②低压钠灯：低压钠灯光效高（可达200Lm/W），但需逆变器，低压钠灯价钱贵，所有编制造高，接纳较少。③无极灯：功率小，光效较高。该灯在220V（纯粹弦波，频率50Hz）普通市电条件下，寿命到5万小时，在太阳能灯具上寿命大大缩短，和普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、项位、电压都是不成和普通市电相比的）。④LED:LED灯光源，寿命长，可达1000000h，电压低，不需逆变器，光效较高。

5 太阳能照明灯在道路应用的其他注意事项

灯杆的高度应凭据门路的宽度、灯具的间距，门路的照度尺度详目。灯具外壳凭据我们聚合了很多海外太阳灯材料，在雅观和节能之间，大多数都选择节能，灯具风光吁请不高，相对有用就行。凭据《都市门路照明设计尺度》的规矩：敏锐路平均照度20lx,均匀度,主干路平均照度15lx,均匀度,次干路平均照度8lx,均匀度,支路平均照度5lx,均匀度现加入愚弄的LED路灯，由于技能条件，LED功率偏小30～100W,光效50～80lx/w,门路照度较低。以上数为新镶嵌灯具的初始照度值，故其照度是不成享用敏锐路与主干路。太阳能路灯宜在次干路、支路上愚弄，重要门路慎用。LED路灯天天的事情韶华应兼并边路灯的事情吁请，设计应推敲冬天日照韶华短时，其事情韶华应能在12h之上。由于LED灯受气候影响较大，如遇经受阴沉天就使LED灯短缺电能而无法愚弄。国度现无楷模对LED路灯在低辐照度（经受阴沉天）情形，批准最少事情韶华没有做出规矩，现凭灯具厂家和本地的情景情形，应在低幅照度（经受阴沉天）形态下在15～20天。在设计时应充分推敲太阳能电池板及蓄电池的容量。LED路灯的事情电压一边为12V或24V,属安全电压，不做电气包庇接地。但LED路灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻不大于10欧姆。太阳能路灯的设计需要科学、合理，除了上述几点，还需要考虑路灯整体的结构，特别是路灯的抗风力的计算。总之，影响太阳能路灯性能的因素很多，不一一赘述。