太陽能路燈

太陽能路燈以太陽光為能源，白天太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給燈源供電使用，無需復雜昂貴的管線鋪設，可任意調整燈具的佈局，安全節能無污染，無需人工操作工作穩定可靠，節省電費免維護。

1.系統組成

　　太陽能路燈系統可以保障陰雨天氣15天以上正常工作！它的系統組成是由（包括支架）、LED燈頭、太陽能燈具控制器 、蓄電池（包括蓄電池保溫箱）和燈桿等幾部分構成。

　　太陽能電池組件一般選用單晶矽或者多晶矽太陽能電池組件；LED燈頭一般選用大功率LED光源；控制器一般放置在燈桿內，具有光控、時控制、過充過放保護及反接保護，更高級的控制器更具備四季調整亮燈時間功能、半功率功能、智能充放電功能等；蓄電池一般放置於地下或則會有專門的蓄電池保溫箱，可采用閥控式鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鐵鋁蓄電池或者鋰電池等。太陽能燈具全自動工作，不需要挖溝佈線，但燈桿需要裝置在預埋件（混凝土底座）上。

編輯本段2.工作原理

　　太陽能路燈工作原理說明：白天太陽能路燈在智能控制器的控制下，太陽能電池板經過太陽光的照射，吸收太陽能光並轉換成電能，白天太陽電池組件向蓄電池組充電，晚上蓄電池組提供電力給LED燈光源供電，實現照明功能。直流控制器能確保蓄電池組不因過充或過放而被損壞，同時具備光控、時控、溫度補償及防雷、反極性保護等功能。

3.設計思想

　　1,太陽能電池組件選型

　　設計要求：北京地區，負載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數8.5h，保證連續陰雨天數7天。

　　⑴ 北京地區近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經簡單計算北京地區峰值日照時數約為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×（20+7）÷20÷（3.424×0.85）=5.9A

　　在這裡，兩個連續陰雨天數之間的設計最短天數為20天，1.05為太陽能電池組件系統綜合損失系數，0.85為蓄電池充電效率。

　　⑷ 太陽能組件的最少總功率數 = 17.2×5.9 = 102W

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

4.產品參數

　　*主體材料：燈桿為全鋼結構、整體熱鍍鋅/噴塑處理

　　*太陽能電池組件：晶體矽15-80WP（按負載配置）

　　*系統工作電壓：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12V17Ah—80Ah(根據負載配置)

　　*光源類型：節能高功率集成LED,稀土高效節能燈(可按客戶要求配置)

　　*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（可根據需要調節）

　　*燈桿高度：2米～4米（可以按客戶要求制作）

　　*陰雨天保證：可連續工作4~5個陰雨天（區域/季節不同有差異）（可按客戶要求制作）

　　本產品無需鋪設地下線纜，無需支付照明電費，太陽能庭院燈所采用的關鍵部件太陽能電池板、太陽能直流路燈智能控制器、免維護蓄電池、照明燈具均經過國傢發改委/GEF/世界銀行光伏產品認證。主要適用於城市道路、小區廣場、工業園區、旅遊景區、公園綠化帶等場所的亮化照明。

　　我們所生產的所有產品都按照標準嚴格執行材料檢驗、制程巡查、成品出貨檢驗，以確保客戶獲得滿意的產品，公司建有一套完善的售前，售中，售後服務體系，處處為您的利益著想，真正實現一對一服務。

5.太陽能路燈與市電路燈對比

1、安裝對比

　　太陽能路燈安裝時，不用輔設復雜線路，隻做一個水泥基座及在1m之內做一個電池坑，用鍍鋅螺栓固定就可。

　　市電路燈施工中有復雜的作業程序。首先要輔設電纜，挖溝佈管、管內穿線、回填等大量土建施工，消耗大量人力、物力、財力。最後還要進行調試，一旦出現問題，就造成很大消耗。

2、費用對比

　　太陽能路燈一次投資、長期受益，由於線路簡便，不產生維護費用，不產生昂貴電費。6—7年收回成本，後3—4年節約100多萬的電費及維護費用。

　　市電路燈電費高昂，線路復雜，需長期不間斷的對線路進行檢修。特別電壓不穩的情況下，鈉燈易壞是不可避免的，而隨著年限的延長，線路老化、維修費用更是年年遞增。

3、安全對比

　　太陽能路燈由於采用的是12—24V低壓，電壓穩定，運行可靠，不存在安全隱患，是生態小區，路政部門理想產品。

　　市電路燈安全隱患大，人們的生活環境在不斷變化的情況下，道路改造、景觀工程的施工，供電不正常，水煤氣管道的交叉施工等多方麵帶來諸多隱患。^[1]

6.蓄電池選型

　　太陽能供電系統中，蓄電池的性能好壞直接影響系統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院金屬研究所聯合研制的最新成果儲能型膠體蓄電池，

吉光光電與普通的鉛酸電池相比，它在設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配比，使電池更加適合儲能電池循環充、放電的使用特點。

　　膠體電解液的設計，有效的抑制活性物質的脫銹和極板的硫酸鹽化現象，從而延緩瞭電池在使用過程中的性能衰降。大大改善瞭電池的深充放循環壽命。

　　選用笫四代照明產品LED光源 。

7.LED光源優勢

1.發光效率高，耗電量小，使用壽命長，工作溫度低。

2.安全可靠性強。

　　3.反應速度快，單元體積小，綠色環保。

　　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、氣體放電燈之後的第四代照明產品。

　　5.單顆大功率超亮度LED的問世，是LED應用領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明白熾燈後最偉大的發明之一。

8.電池組件支架

1)傾角設計

　　為瞭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最佳傾角。

　　關於太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學術刊物上出現得不少。本次路燈使用地區為長沙地區，依據本次設計參考相關文獻中的資料[1]，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。

2)抗風設計

　　在太陽能路燈系統中，結構上一個需要非常重視的問題就是抗風設計。抗風設計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設計，二為燈桿的抗風設計。下麵按以上兩塊分別做分析。⑴ 太陽能電池組件支架的抗風設計

　　依據電池組件廠傢的技術參數資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風系數選定為27m/s（相當於十級臺風），根據非粘性流體力學，電池組件承受的風壓隻有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風速而不至於損壞的。所以，設計中關鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。

　　在本套路燈系統的設計中電池組件支架與燈桿的連接設計使用螺栓桿固定連接。

　　⑵ 路燈燈桿的抗風設計

　　路燈的參數如下：

　　電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m

　　設計選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm

　　焊縫所在麵即燈桿破壞麵。燈桿破壞麵抵抗矩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，風荷載在燈桿破壞麵上的作用矩M = F×1.545。

　　根據27m/s的設計最大允許風速，2×30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數，F = 1.3×730 = 949N。

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

　　根據數學推導，圓環形破壞麵的抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）。

　　上式中，r是圓環內徑，δ是圓環寬度。

　　破壞麵抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）

　　=π×（3×842×4+3×84×42+43）= 88768mm3

　　=88.768×10－6 m3

　　風荷載在破壞麵上作用矩引起的應力 = 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，設計選取的焊縫寬度滿足要求，隻要焊接質量能保證，燈桿的抗風是沒有問題的。

9.控制器

　　太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。基本功能必須具備過充保護、過放保護、光控、時控、防反接、充電涓流保護、欠壓保護、防水保護等。

^[2]

蓄電池防過充、過放保護電壓一般參數如表

1)器件選用

　　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，各有特點和優點，應該根據客戶群的需求特點選定相應的方案，在此不一一詳述。

2)表麵處理

　　該系列產品采用靜電塗裝新技術，以FP專業建材塗料為主，可以滿足客戶對產品表麵色彩及環境協調一致的要求，同時產品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用於任何氣候環境。加工工藝設計為熱浸鋅的基礎上塗裝，使產品性能大大提高，達到瞭最嚴格的AAMA2605.2005的要求，其它指標均已達到或超過GB的相關要求。

3)充電涓流保護

　　易佳太陽能電池板對蓄電池充電時，蓄電池在達到峰值電壓後，如果繼續高壓充電容易造成蓄電池的失水或失控；如果停止充電時，蓄電池又無法飽和。此款控制器在充到峰值電壓後立即降壓1V，然後進入涓流充電狀態，保證瞭蓄電池可以穩定於飽滿狀態，同時又避免瞭失水或失控，類似於對蓄電池進行循環充，不僅高效的保護瞭蓄電池，還提升瞭蓄電池的充電次數，使用壽命更長。

太陽能路燈的特點

　　節能： 以太陽能光電轉換提供電能，取之不盡、用之不竭。

　　環保： 無污染、無噪音、無輻射。

　　安全： 絕無觸電、火災等意外事故。

　　方便： 安裝簡潔，不需要架線或“開膛破肚”挖地施工、也沒有停電限電顧慮。

　　壽命長： 產品科技含量高，控制系統、配件均是國際品牌、智能化設計，質量可靠。

　　品位高： 科技產品、綠色能源，使用單位重視科技、綠色形象提高、檔次提升。

　　投資少： 一次性投資與交流電等價（交流電投資從變電、進電、控制箱、電纜、工程等合計），一次投資、長期受用。^[3]

太陽能路燈選擇註意事項

　　太陽能路燈目前技術不太成熟，光伏板成本高，蓄電池故障率高。建議選用普通的高壓鈉燈或金鹵燈。如果一定需要考慮節能，則可以考慮LED照明。^[4]

太陽能路燈配置計算

　　隨著傳統能源的日益緊缺，太陽能的應用將會越來越廣泛，尤其太陽能發電領域在短短 的數年時間內已發展成為成熟的朝陽產業。

　　1： 目前制約太陽能發電應用的最重要環節之一是價格，以一盞雙路的太陽能路燈為例，兩路負載共為60瓦，（以長江中下遊地區有效光照4.5h/天、每夜放電7小時、增加電池板20%預留額計算）其電池板就需要160W左右，按每瓦20元計算，電池板的費用就要3200元，再加上180AH左右的蓄電池組費用也在1800左右，整個路燈一次性投入成本大大高於市電路燈，造成瞭太陽能路燈應用領域的主要瓶頸。

　　2：蓄電池的使用壽命也應該考慮在整個路燈系統應用中，一般的蓄電池保修三年或五年，但一般的蓄電池在一年、甚至半年以後就會出現充電不滿的情況，有些實際充電率有可能下降到50%左右，這必將影響連續陰雨天時期的夜間正常照明，所以選擇一款較好的蓄電池尤為重要。

　　3：一些工程商常選用LED燈作為太陽能路燈的照明，但是LED燈的質量參差不齊，光衰嚴重的LED半年就有可能衰減50%光照度。所以一定要選擇光衰較慢的LED燈，或者選用無極燈、低壓鈉燈等。

　　4：控制器的選擇往往也是被工程商忽略的一個問題，控制器的質量層差不齊，12V/10A的控制器市場價格在100-200元不等，雖然是整個路燈系統中價值最小的部分，但它卻是非常重要的一個環節。控制器的好壞直接影響到太陽能路燈系統的組件壽命以及整個系統的采購成本，一：應該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時不間斷工作，如其自身功耗較大，則會消耗部分電能,最好選擇功耗在1毫安（MA）以下的控制器。二：要選擇充電效率高的控制器，具有MCT充電模式的控制器能自動追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時期，MCT充電模式比其他高出20%左右的效率。三：應選擇具有兩路調節功率的控制器，具有功率調節的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關閉一路或兩路照明，節約用電，還可以針對LED燈進行功率調節。除選擇以上節電功能外，還應該註重控制器對蓄電池等組件的保護功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設置控制器欠壓保護值時，盡量把欠壓保護值調在 ≥ 11.1V ，防止蓄電池過放。

　　5： 距離市區較遠的地方還應該註意防盜工作，很多工程商因為施工疏忽，沒有進行有效的防盜，導致蓄電池、電池板等組件被盜，不僅影響瞭正常照明，也造成瞭不必要的財產損失。目前工程案例中被盜居多為蓄電池，蓄電池埋於地下用水泥澆築是一種有效防盜措施，在燈桿

　　上加裝蓄電池箱的最好將其進行焊接加固。

　　6: 控制器的防水，控制器一般裝於燈罩、電池箱中，一般也不會進水，但在實際工程案例中控制器端子的連接線往往因為雨水順著連接線流入控制器造成短路。所以在施工時應該註意將 內部連接線彎成“U”字型並固型，外部連接線也可以固定為“U”型，這樣雨水就無法淋入造成 控制器短路，另外還可在內外線接口處塗抹防水膠。

　　7： 在眾多太陽能路燈實際應用中，很多地方的太陽能路燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天更為突出，除使用瞭質量較差的相關組件外，另一個主要的原因就是一味降低組件成本，不按需求設計配置，減小電池板和蓄電池的使用標準，所以導致在陰雨天路燈無法提供照明。

太陽能燈附件計算公式

　　以下提供太陽能電池板和蓄電池配置計算公式：

一：首先計算出電流

　　如：12V蓄電池系統； 30W的燈2隻，共60瓦。

　　電流 = 60W÷12V = 5 A

二：計算蓄電池容量

　　如：路燈每夜累計照明時間需要為滿負載7小時（h）；

　　（如晚上8：00開啟，夜11：30關閉1路，凌晨4：30開啟2路，凌晨5：30關閉）

　　需要滿足連續陰雨天5天的照明需求。（5天另加陰雨天前一夜的照明，計6天）

　　蓄電池 = 5A × 7h ×（ 5+1）天 = 5A × 42h =210 AH

　　另外為瞭防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右；放電餘留20%左右。

　　所以210AH也隻是應用中真正標準的70%左右。

三：計算電池板峰值

　　路燈每夜累計照明時間需要為 7小時（h）；

　　★：電池板平均每天接受有效光照時間為4.5小時（h）；

　　最少放寬對電池板需求20%的預留額。

　　WP÷17.4V = （5A × 7h × 120%）÷ 4.5h

　　WP÷17.4V = 9.33

　　WP = 162（W）

　　★ ：4.5h每天光照時間為長江中下遊附近地區日照系數。

　　另外在太陽能路燈組件中，線損、控制器的損耗、及鎮流器或恒流源的功耗各有不同，實際應用中可能在5%-25%左右。所以162W也隻是理論值，根據實際情況需要有所增加。

相關組件選擇

　　24VLED：選擇LED照明，LED燈使用壽命長，光照柔和，價格合理，可以在夜間行人稀少時段實現功率調節，有利於節電，從而可以減少電池板的配置，節約成本。每瓦80-105lm左右，光衰小於年≤5%；

　　12V 蓄電池（串24V）：選擇鉛酸免維護蓄電池，價格適中，性能穩定，太陽能路燈首選；

　　12V電池板（串24V）：轉換率15%以上單晶正片；

　　24V控制器：MCT充電方式、帶調功功能（另附資料）；

　　6M燈桿（以造型美觀，耐用、價格便宜為主）