太陽能照明在道路的應用

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構及工作原理

（1）太陽能路燈基本結構。太陽能路燈主要由太陽電池組件、組件支架 、光源、電控箱（內裝控制器、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原理，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產生電能，通過控制器儲存在蓄電池里，當夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器向光源供電設定的時間后切斷。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 路燈設計所需的信息

（1）太陽能路燈使用地的經度與緯度。通過地理位置的可以了解并掌握設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、風力資源等，根據這些條件可以確定當地的太陽能標準峰值時數（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系統的參數。

（3）太陽能路燈每天晚上工作的時間（H）。這是決定太陽能路燈系統中組件大小的核心參數，通過確定工作時間，可以初步計算負載每天的功耗和與之相應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陰雨天數（d）。這個參數決定了蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復電池容量所需要的太陽電池組件功率。

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

3 路燈系統設計思路、要點及示例

太陽能光伏發電系統的基本原理相同，因而太陽能路燈的設計思路也可依據一般的太陽能發電系統，先確定太陽電池組件的功率，然后計算蓄電池的容量。但太陽能路燈又有其特殊性，需要確保系統工作的穩定與可靠，所以在設計時需要特別注意。

現在，舉例說明太陽能路燈系統設計的要點。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7個陰雨天能正常工作。當地東經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℃，兩個連續的陰雨天間間隔時長25d。根據以上資料，計算出光伏組件傾斜角26度，標準峰值時數3.9h。

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

（2）滿足負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，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8個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。選取2節12V/120Ah的電池組成電池組。

（4）連續陰雨天過后需要恢復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 太陽能路燈關鍵部件選型

（1）太陽電池組件。太陽電池組件的電壓會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，為增強整套設備的抗風力，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，因為多晶硅太陽能電池儲存工藝相對刪除，價錢比單晶低。在陰沉天比擬多、陽光相對不是很充沛的南方地域，接納單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數比擬永久。非晶硅太陽能電池在室外陽光不敷的情形下比擬好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件吁請比擬低。

（2）蓄電池（組）。由于太陽能光伏發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，同時還要能夠保留享用經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，影響蓄電池壽命，同時造成鋪張。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種刪除辦法詳目它們之間的關聯。太陽能電池功率總是比負載功率跨越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電。蓄電池容量總是比負載日耗量高6倍以上為宜。

（3）控制器。控制器是整個路燈系統中充當管理者的關鍵部件，它的最大功能是對蓄電池進行全面的管理，好的控制器應當根據蓄電池的特性，設定各個關鍵參數點，比如蓄電池的過充點、過放點，恢復連接點等。在選擇路燈控制器時，特別需要注意控制器恢復連接點參數，由于蓄電池有電壓自恢復特性，當蓄電池處于過放電狀態時，控制器切斷負載，隨后蓄電池電壓恢復，如果些時控制器各參數點設置不當，則可能出現燈具閃爍不定，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制器是必不可少的。為了延伸蓄電池的愚弄壽命，總是對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，及格的控制器還應具備溫度補償功效。同時太陽能控制器應兼有路燈統制功效，具有光控、時控功效，并應具有主動切控負載功效，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，一般太陽能燈具接納低壓節能燈、低壓鈉燈、無極燈、DLED光源。①低壓節能燈：功率小，光效較高，但愚弄壽命2000小時，電壓低燈管發黑，一邊順應太陽能草坪燈、庭院燈。②低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達200Lm/W），但需逆變器，低壓鈉燈價錢貴，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，在太陽能燈具上壽命大大縮短，和普通節能燈差不多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源220V輸出頻率、項位、電壓都是不成和普通市電相比的）。④LED:LED燈光源，壽命長，可達1000000h，電壓低，不需逆變器，光效較高。

5 太陽能照明燈在道路應用的其他注意事項

燈桿的高度應憑據門路的寬度、燈具的間距，門路的照度尺度詳目。燈具外殼憑據我們聚合了很多海外太陽燈材料，在雅觀和節能之間，大多數都選擇節能，燈具風光吁請不高，相對有用就行。憑據《都市門路照明設計尺度》的規矩：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兼并邊路燈的事情吁請，設計應推敲冬天日照韶華短時，其事情韶華應能在12h之上。由于LED燈受氣候影響較大，如遇經受陰沉天就使LED燈短缺電能而無法愚弄。國度現無楷模對LED路燈在低輻照度（經受陰沉天）情形，批準最少事情韶華沒有做出規矩，現憑燈具廠家和本地的情景情形，應在低幅照度（經受陰沉天）形態下在15～20天。在設計時應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路燈金屬燈桿應做防雷接地，接地電阻不大于10歐姆。太陽能路燈的設計需要科學、合理，除了上述幾點，還需要考慮路燈整體的結構，特別是路燈的抗風力的計算。總之，影響太陽能路燈性能的因素很多，不一一贅述。