太陽能路燈設計思路

【摘要】本文對太陽能路燈工作原理簡單介紹，并與普通燈具優缺點進行比較。簡要分析了太陽能路燈的選型、計算和設計思路，對普通設計工作具有一定參考指導性。

【關鍵詞】太陽能路燈；LED光源；蓄電池

1.前言

隨著我國逐步重視環保和節能減排政策大力執行，太陽能路燈也逐漸開始有了市場地位。普通路燈需要全線鋪設電纜，并且在長距離供電時需要考慮壓降，必然會加大電纜截面或多處設置變壓器，這樣會導致大量銅、鐵等金屬資源的浪費，不利于可持續型經濟社會的發展。

太陽能路燈以太陽能作為能源，不僅施工簡單、不需要鋪設電纜，而且燈具電壓為12V或24V，不會危及人身安全。顯然，以太陽能路燈取代普通路燈是一種發展趨勢。

2. 工作原理

太陽能路燈從上到下主要由太陽能電池板、燈具、燈桿、控制器、蓄電池、基礎等構成。控制器一般置于燈桿內部，具有光控和時控功能，有的還具有四季調整亮燈時間和半功率等功能。為了防盜、防雨水和溫差變化，蓄電池大都被埋于地下專門的保溫箱。

太陽能路燈工作原理為：白天電池板接收太陽輻射的能量并將其轉化為電能儲存在蓄電池中，夜晚當照度降低至設定值時，控制器自動發出指令點亮燈具，待清晨來臨時，再根據設定時間自動關閉燈具。

3、光源及燈具選擇

根據道路情況按照常規燈具選擇方式及設計思路，確定燈桿高度、光源功率及布置方式等參數。但是需要注意以下幾點：

a、由于太陽能路燈頂部電池板展開面積大，相對于普通路燈，其所承受風載更大，所以燈桿高度一般不超過10m，燈桿抗風校驗計算書一般由廠家給出。

b、因為蓄電池容量大小限制及燈具散熱等多種因素，光源功率不宜大于100W。

c、路燈必須安裝在光照充足的地方，如果樹木較低的話可以讓燈桿高度超過樹木；如果樹木較高，應該盡量遠離，太靠近的話可能會出現樹木生長的原因把電池板遮住，電池板無法接受陽光直射，能量轉化效率低，導致蓄電能力不足。

3.1光源選擇

光源宜采用LED光源：一方面，普通節能燈光通量為50lm/W，LED燈光通量可達100lm/W及其以上，在相同照度要求下，LED燈功率為節能燈的一半，節能效果明顯，所需適配的蓄電池容量更小。另一方面， LED光衰速度慢，使用壽命為50000小時，而節能燈壽命僅為2000小時，一般情況下，每半年就必須更換燈泡，維護工作量大、費用高。縱使LED燈價格更高，但是對于節能燈仍具有無可比擬的優勢。

3.2 燈具選擇

常規道路照明燈具根據其配光分為截光、半截光、非截光三種類型，一般主干路上選用截光型或半截光型燈具，次干路上選擇半截光型燈具，配套合適的反光鏡能夠在路面上產生照度均勻的矩型光斑，達到滿意的效果。

大功率LED燈，散熱是一個需要考慮的問題， LED燈具中一半甚至更多的電能以熱量的方式被消耗掉，而半導體器件耐高溫性能差。尤其是對于大功率的LED燈來說，隨著功率的不斷增大，燈具內部芯片的溫度也會不斷上升，如果散熱效果不好，會引起很嚴重的光衰，導致燈具壽命降低。雖然現有的散熱技術有很多，但是還存在一定的局限性，比如實現困難、成本高、導熱性能差以及技術不成熟等。我們在選用燈具及光源的時候，需根據其技術參數的要求，選用性價比高的合格產品。

4.附件選擇

4.1蓄電池容量計算

一般情況下，燈具功率小于60W，采用DC12V供電，反之，采用DC24V供電（單只電池電壓為12V，采用兩只串聯）。如果光源功率為60W，電壓為DC24V，可計算出其電流為：2.5A。

如果路燈每夜累計照明時間為滿負載8小時，又需滿足連續工作3個陰雨天照明要求（各個地區氣象條件不同，時間取值不同），這里值得注意的是3個陰雨天需要加上前一夜的照明，故合計4天。又為了防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右，放電殘留20%左右，需要乘以一個富余系數k，一般在1.35～1.45之間，則可以計算出蓄電池容量為： 。

根據計算結果，可取標準規格120Ah/2×12V蓄電池。

4.2 電池板峰值計算

計算太陽能電池的工作時間的時候，不能簡單的認為每天日照時間等于有效光照時間。

氣象部門根據不同地區的光照條件，將我國分為：豐富地區、比較豐富地區、可以利用地區、貧乏地區。詳見下表：

根據經驗公式，可求出電池板峰值為：

其中， 為太陽能電池板工作電壓，取17.4V； 為電池板峰值預留系數，取1.2； 為太陽能電池板損耗系數，取1.2； 為計算電流； 為每晚使用時間； 為有效光照時間，根據所在地區實際情況取值，這里取4.5h。

由計算結果可知，可取標準規格110W或120W太陽能電池板。

4.3 控制器

太陽能路燈控制器不僅應具備基本的光控、時控、調光和欠壓保護等功能，為延長蓄電池使用壽命，更應對其進行充放電保護。因為價格原因，目前市面上大部分太陽能路燈采用免維護鉛酸蓄電池，這種電池溫度特性較為明顯，使用環境溫度在-10℃～40℃左右。當溫度降至0℃以下時，電池在充電初期負極板會發生嚴重的濃差極化，使電池充電接受能力被限制，進而造成電池的充電接受能力、充電效率和容量下降；在高溫情況下，化學反應加劇使用電池內部溫度升高，產生的熱量如果無法及時擴散，那么蓄電池就產生了熱失控，蓄電池失效。所以有必要考慮選用帶溫度傳感器和MCT充電模式的控制器對蓄電池進行溫度補償，解決低溫環境蓄電池充不滿以及高溫環境蓄電池過充的難題。

5.結語

就太陽能路燈本身價格而言，盡管路燈本體比普通燈具造價要高，但省去了配電柜、動力電纜和敷設電纜等成本，并且太陽能路燈不用電費，幾乎無需維護成本，后期回報是很大的，相比普通路燈隨著使用時間的增長越來越會突顯其性價比。因此，在適宜的地區都應該優先考慮使用太陽能LED路燈，更好的推動我國節能環保事業的發展。

參考文獻

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