試論太陽能路燈的功能特點及其應用

張 靜

（奎屯市市政養護管理處，新疆 奎屯833200）

鑒于人類可持續發展的現狀，從現有常規化石能源向清潔能源和可再生能源過渡已被提到議事日程上來了。 利用太陽能發電，既不需要化石燃料，也沒有煙塵和廢渣，不污染自然環境，而組成太陽能路燈的電池組件，性能穩定，維修費用較低，使用壽命可達20 年以上，真可謂是節能、環保又經濟清潔的新能源。太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的潔凈能源，在全世界能源短缺、環境污染又日趨嚴重的今天，充分開發利用太陽輻射能，是世界各國政府可持續發展中重要的能源戰略決策，以LED 為代表的太陽能光源，必將成為21 世紀最具競爭力的綠色、環保光源而掀起一場照明領域新的革命。

1 太陽能路燈的功能特點

城市道路照明與人們的生產、生活密切相關。 隨著我國城市化進程的加快，綠色、高效、環保、長壽的LED 路燈已逐漸進入人們的生產和生活中；太陽能道路照明燈最大的優點就是，不需要架設輸電線路或挖地溝、鋪設電纜，不用專人管理和控制，可方便地安裝在城市道路、廣場、公園、停車場和高速公路等場所。與傳統的照明燈具相比，超高亮度LED 照明光源其體積小、重量輕、方向性好，能耐受各種惡劣氣候條件，在功耗、使用壽命以及環保等方面有其他光源不可比擬的優越性，再加上太陽能燈具的節能效率和安裝、維修簡便，必將引領我們走進綠色照明新時代。

太陽能路燈由太陽能電池板、蓄電池、高亮度燈具、控制器等部件組成，正常運行時運動部件極少，基本沒有噪聲。太陽能路燈控制器中的控制電路，其功能與普通路燈控制器的功能基本相同，都是為了完成天黑亮燈、天亮熄燈的操作，所不同的就是多了一項對蓄電池的充電和放電的管理。 國內外常用的路燈控制器有單獨光控器、時鐘控制器和經緯型控制器等三種，它們的工作原理不同，各有優缺點，現簡單論述如下。

1.1 單獨光控器

單獨光控器采用感光探頭，當天變黑光線較弱時，自動開啟路燈；凌晨東方露出魚肚白時，自動關閉路燈，可達到自動控制之作用。早期的光控開關使用分立式半導體元器件，電路復雜，且故障率較高；隨著半導體技術的發展，出現了時基集成電路，使光控開關電路簡單化，感光探頭便是光控開關的關鍵元器件。

1.2 時鐘控制器

該控制器要預先設定好開關時間，使路燈按時亮燈、準時熄燈，從而達到自動控制、節約用電的目的。 其優點是預先設定的開關時間不受外界光線干擾，除本身故障外，不會產生誤動作，缺點是不能根據季節變化和特殊的天氣情況自動變換開關時間，需要設專人去調整開關時間，比如：冬春季天黑較早、天亮較晚；夏秋季天亮較早、天黑較晚；午夜后路上車輛、行人較少，應適當減少亮燈數量，到黎明前再將它們點亮，以利于交通安全和節電。 時鐘控制器中的定時開關又分為機械鐘表型和電子鐘表型兩種：前者以石英鐘為主，走時精準，但由于機芯內所使用的塑料齒輪在高溫下會變形， 從而導致走時不準甚至停機；后者的定時開關常用LR6818、LM8650 等集成塊為中心的電子鐘電路， 近幾年還出現一種將電子鐘電路板與LED 液晶顯示器合為一體的集成塊，可設置六組開關點，且具有星期功能，許多元器件廠家爭相生產該產品，現大多用于路燈控制器中。

1.3 經緯型控制器

經緯型控制器采用單片機技術，模擬日照規律，天黑時能自動開燈、清晨能自動滅燈。它采納光控開關控時的優點，克服了光控開關易受外界干擾的缺點，吸取鐘控器時間準確之長處，避開了定時開關不會自動變換開關時間之短處。 目前，許多大中城市路燈大多采用這種控制方式，缺點是價格較高。

2 太陽能路燈元器件的功能特點及其應用

在新能源開發中，國內外一致公認技術含量最高、最有發展前景的便是太陽能發電。太陽能發電主要有太陽熱能發電和太陽光能發電兩種方式。 本文重點論述太陽光能發電。 太陽光能發電就是直接將太陽光能轉換成電能的發電方式，可分為光伏發電、光感應發電、光化學發電和光生物發電四種；目前應用最多的光伏發電，是將照射到太陽能電池板上的光所產生的光伏效應直接轉換成直流電能輸出，其結構一般由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器和支架等部件組成。 光伏發電的缺點是：初始投資成本高；能量密度較底；間歇性發電；受氣候條件影響較大 （陰雨天不能發電）； 光伏發電目前主要用于三個方面，即：為無電源場所提供電源；并網發電；制作太陽能電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能燈具（含太陽能路燈）、太陽能熱水器等。

2.1 太陽能電池板的基本特性及其應用

為了讓太陽能電池板組件在一年中接收到盡可能多的太陽輻射能，安裝時要為太陽能電池板組件選擇一個最佳傾角。 通過專用模型的計算可得到不同傾角平面的月平均太陽輻照量的變化值，在不同角度的傾斜面上，太陽輻照量差別較大，因此，在安裝太陽能電池板組件時，應通過試驗選擇適合本地的傾角，以使其獲得最大的太陽輻照量。

2.2 太陽能蓄電池組的基本特性及其應用

太陽能蓄電池組是太陽能電池板的儲能裝置，其作用是將電池板在有日照時發出的電能儲存起來，在夜間或陰雨天供負載使用。 蓄電池組是由若干蓄電池串并聯而成，其容量要求它能在無太陽輻射光的日子里，滿足路燈要求的供電時間和供電量需求。 目前國內常用的是鉛酸蓄電池，在重要場合也可用鎘鎳蓄電池，但后者價格較高。蓄電池儲存的是化學能，它將直流電能轉變為化學能儲存起來，需要時再把化學能轉變為電能釋放出來，可見能量轉換過程是可逆的，前者稱為蓄電池充電，后者則稱為蓄電池放電。 因此，在光伏發電系統中，蓄電池對該系統產生的電能起著儲存和調節（釋放）作用；由于光伏發電系統的功率輸出每天都在變化，在日照不足，或需要維修光伏發電系統時，蓄電池也能提供相對穩定的電能。

2.3 太陽能照明燈具的基本特性及其應用

由于LED 是直流供電器件，很容易被制成直流燈具，廣泛應用于直流電系統，如太陽能燈具產品。它有平光型超高亮度LED、單個束光型超高亮度LED 和平光型與束光型超高亮度LED 組合體三種，由于單個束光型超高亮度LED 發光管產生的光線方向性太強， 綜合視覺效果較差，因此，應首選平光型超高亮度LED 或平光型與束光型超高亮度LED 組合體，將多個LED 集中在一起，排列組合成有一定規則的LED 發光源，作為太陽能路燈的照明燈具。

2.4 太陽能路燈的過充和過放保護功能

在太陽能路燈應用中， 應注意對其蓄電池過充和過放進行控制。所謂過充控制， 就是在蓄電池處于過充狀態時要及時斷開充電電路，而過放控制， 就是在蓄電池處于過放狀態時要及時斷開放電電路，這樣做都是為了保護蓄電池并延長其使用壽命。判斷過充和過放的依據是蓄電池電壓的高低變動：當晴天有太陽光照射時，由太陽能光電板吸收光能經繼電器開關常閉點向蓄電池充電， 當蓄電池的電壓高于26V 時，蓄電池處于過充狀態，繼電器開關常閉點斷開、常開點閉合，充電電路自動斷開，停止向蓄電池充電，實現過充保護功能；夜間由蓄電池向路燈供電， 當蓄電池的電壓低于22V 時， 蓄電池處于過放狀態，繼電器開關由常閉點轉到常開點，放電電路自動斷開，停止向負載（路燈）供電，實現過放保護功能。