甘肅太陽能路燈方案、太陽能路燈設(shè)計、太陽能LED路燈配置

1.系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風設(shè)計非常有利；燈頭部分以1W白光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發(fā)光源。

控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利于系統(tǒng)維護費用的降低；充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本控制，實現(xiàn)很高的性價比。

2.工作原理

系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至10lux左右、北京盛日科技太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。

3.設(shè)計思想

太陽能電池組件選型

設(shè)計要求：北京地區(qū)，負載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。

⑴ 北京地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算北京地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h；

⑵ 負載日耗電量 = = 12.2AH

⑶ 所需太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(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。

⑷ 太陽能組件的最少總功率數(shù) = 17.2×5.9 = 102W

選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標準電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行。

4.蓄電池選型

太陽能供電系統(tǒng)中，蓄電池的性能好壞直接影響系統(tǒng)的綜合成本及運行好壞和使用壽命，本方案中選用我公司與中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研制的最新成果儲能型膠體蓄電池， 與普通的鉛酸電池相比，它在設(shè)計上和制造工藝上有以下突出特點：

使用壽命超長，正常情況下使用壽命為五到十年。

采用適合的正負極合金配方及活性物質(zhì)配比，使電池更加適合儲能電池循環(huán)充、放電的使用特點。

膠體電解液的設(shè)計，有效的抑制活性物質(zhì)的脫銹和極板的鹽化現(xiàn)象，從而延緩了電池在使用過程中的性能衰降。大大改善了電池的深充放循環(huán)壽命。

選用笫四代照明產(chǎn)品LED光源 。             

LED光源優(yōu)勢

1）.發(fā)光效率高，耗電量小，使用壽命長，工作溫度低。 

2）.安全可靠性強。 

3）.反應(yīng)速度快，單元體積小，綠色環(huán)保。 

4）.同亮度下，耗電是白熾燈的十分之一，熒光燈的三分之一，而壽命卻是白熾燈的50倍，熒光燈的20倍，是繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代照明產(chǎn)品。 

5）.單顆大功率超亮度LED的問世，是LED應(yīng)用領(lǐng)域跨至高效率照明光源市場成為可能，將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈后偉大的發(fā)明之一。 

5.電池組件支架

1) 傾角設(shè)計

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

關(guān)于太陽能電池組件合適傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為長沙地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計參考相關(guān)文獻中的資料[1]，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。 

2)抗風設(shè)計

在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風設(shè)計。抗風設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設(shè)計，二為燈桿的抗風設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。

⑴ 太陽能電池組件支架的抗風設(shè)計 

依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風系數(shù)選定為27m/s（相當于十級臺風），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風速而不至于損壞的。所以，設(shè)計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。 

在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。

⑵ 路燈燈桿的抗風設(shè)計 

路燈的參數(shù)如下： 

電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m 

設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm 

焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為 

PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。 

根據(jù)27m/s的設(shè)計大允許風速，2×30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。 

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

根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。 

上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。 

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 

風荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W 

= 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 Mpa＜＜215Mpa 

其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強度。 

所以，設(shè)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風是沒有問題的。 

6.控制器

太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護、過放保護、光控、時控與防反接等。 

蓄電池防過充、過放保護電壓一般參數(shù)如表 

1)當蓄電池電壓達到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài) 

在選用器件上，目前有采用單片機的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點和優(yōu)點，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。 

2)表面處理 

該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達到了最嚴格的AAMA2605.2005的要求，其它指標

太陽能路燈設(shè)計中配置參考

產(chǎn)品參數(shù)

*主體材料：燈桿為全鋼結(jié)構(gòu)、整體熱鍍鋅/噴塑處理 

*太陽能電池組件：晶體硅40-160WP（按負載配置） 

*系統(tǒng)工作電壓：直流12V—24V 

*控制器：太陽能燈具專用控制器,光控+時控，智能控制(天黑燈自開，天亮燈自熄滅) 

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

*光源類型：節(jié)能高功率LED燈具

*防護等級：IP65 

*使用溫度：-30度至70度，抗風力≥150Km/h 

*照明時間：4～14小時（可根據(jù)需要調(diào)節(jié)） 

*燈桿高度：4米～10米（可以按客戶要求制作） 

*陰雨天保證：可連續(xù)工作4~5個陰雨天（區(qū)域/季節(jié)不同有差異）（可按客戶要求制作） 

本產(chǎn)品無需鋪設(shè)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(guān)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(jīng)過國家發(fā)改委/GEF/世界銀行光伏產(chǎn)品認證。主要適用于城市道路、小區(qū)廣場、工業(yè)園區(qū)、旅游景區(qū)、公園綠化帶等場所的亮化照明。均已達到或超過GB的相關(guān)要求。