太陽能通道燈系統(tǒng)設計方法

摘要：太陽能具有節(jié)能、環(huán)保、方便的優(yōu)點。通過設計合理的太陽能通道燈系統(tǒng)，既解決了通道白天沒有電源無法亮燈的難題，又節(jié)約了能源。

關鍵詞：太陽能、光電轉換、通道燈、太陽能電池板、控制器、蓄電池、逆變器

前言

　　太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染，具有節(jié)能、環(huán)保、方便的優(yōu)點。

　　按接受太陽能輻射量的大小，我國大致上可分為五類地區(qū)。深圳地處亞熱帶，氣候冬暖夏熱，屬于三類地區(qū)，全年日照時數(shù)為2200～3000小時，具備利用太陽能的有利自然條件。

　　太陽能直接應用有光熱轉換、光電轉換、光化學轉換三種，間接與綜合利用種類更加繁多。光電轉換主要有太陽能電池板和太陽能供電系統(tǒng)；光熱轉換主要有熱水器、開水器、太陽灶、干燥器等；光化學轉換主要是光合作用、光電化學作用的應用，現(xiàn)尚處在實驗研究階段。

一、太陽能通道燈系統(tǒng)簡介

　　1、太陽能通道燈系統(tǒng)安裝背景

　　深圳有許多立交橋的通道長度超過40米。這些通道由于采光不足，白天也顯得很暗，特別是路燈開啟前及路燈關閉后的各1個多小時和陰雨天時，通道內更是漆黑。為了市民的安全，通道必須24小時亮燈。但原有通道燈接路燈電源，只能在晚上亮燈。如果采用市電供電白天亮燈，就要重新敷設線路，投資大，施工困難；采用太陽能光伏系統(tǒng)供電投入小，施工方便。

　　另一方面，近年來深圳電力供應緊張，政府提倡節(jié)約用電。因此，很有必要安裝太陽能通道燈系統(tǒng)。

　　2、通道情況

　　下面以洪湖立交南側通道為例，討論該系統(tǒng)的組成。
　　洪湖立交南側通道長40米，寬6米，通道到安裝太陽能裝置的地點距離約15米，原有3套250W高壓鈉燈，在晚上才有電源。

　　3、系統(tǒng)原理

　　太陽能的光電轉換是指太陽的輻射能光子通過半導體物質轉變?yōu)殡娔艿倪^程，通常叫做“光生伏打效應”。
　　太陽能通道燈系統(tǒng)作原理見圖1。主要組成部分包括太陽能電池方陣、控制器、蓄電池、逆變器、燈具。

圖1 太陽能通道燈系統(tǒng)原理圖

原有通道燈總功率為750W，用太陽能來供電所需的太陽能電池功率、蓄電池容量較大，系統(tǒng)造價偏高，而且一套燈具24小時*365天一直亮燈，燈泡壽命會降低。因此，為保證穩(wěn)定的照明效果，另外安裝一套太陽能通道燈系統(tǒng)。晚上市電供電時，原有通道燈亮；晚上市電故障或白天時，點亮由太陽能供電的通道燈，保證通道一直亮燈。

二、直流/交流負載比較與選擇

　　如選用直流負載，可省略了逆變器這一中間環(huán)節(jié)，提高能源利用效率。但由于通道長40米，由蓄電池到末端燈具約40+15+5＝60米，24V直流電壓線路損耗高達10％；此外，直流低壓大電流控制損耗大，升降電壓技術比較復雜，直流節(jié)能燈光效低（45Lm/W），壽命短（5000小時），采購困難等。

　　相比之下，雖然使用交流負載利用率稍低，但逆變器的轉換效率＞90％，損耗并不是很大，而交流負載更實用、方便，所以選用交流負載。

三、光源的選擇與燈具布置

　　通過對光源光效、壽命、價格、通用性等綜合比較，選擇5*25W高效節(jié)能燈。燈具布置如下：

　　圖2 燈具布置

四、太陽能電池板

　　太陽能電池板是太陽能光電轉換的主要部件。太陽能電池組件的峰值功率Pk，由當?shù)氐奶柶骄椛鋸姸扰c末端的用電負荷(需電量)決定。

　　1、峰值功率選擇（估算公式）：

　　Pk=燈具功率×燈具數(shù)量×每日使用時間÷每天有效日照時間÷太陽能電池方陣實際使用功率系數(shù)÷蓄電池轉換效率÷逆變器效率
　　Pk＝25(W)×5(套)×12(H)÷5(H)÷0.7÷0.85÷0.9＝560.22W

其中：

　　1）由于市電通道燈亮燈時間由經緯儀隨季節(jié)變化而調節(jié)，太陽能通道燈每天亮燈時間11～14小時，取12小時。
　　2）太陽能電池方陣實際使用功率系數(shù)考慮了太陽能電池板的充電效率和充電過程中的損耗，取0.7。
　　所以，太陽能板功率選取為600W(75W×8pcs)

　　3、安裝傾斜角度為33～35度，方向正南方，既便于充分吸收太陽能，又可利用雨水對太陽能板進行自清洗。

五、控制器

控制器采用PWM脈寬調制控制器。具備以下功能：
1、過充保護：當電池電壓超過28V時，停止充電；
2、過放保護：當電池電壓低于22V時，切斷負載；
3、蓄電池充電溫度補償；
4、正極反接保護；
5、短路保護；
6、過載保護；
7、過熱保護(帶散熱裝置)；
8、雷擊保護；
9、小功率交流補充充電系統(tǒng)：當陰雨天，太陽能充電不足，電池電壓低于直流22V時，在晚上通過高頻整流開關將交流220V市電轉換成直流24V，對蓄電池進行補充充電；
10、檢測市電及切換：當晚上有市電電源時，市電通道燈亮，控制器關掉太陽能通道燈；當晚上市電故障時或白天時，控制器檢測到沒有市電信號，開啟太陽能通道燈。這樣比裝時控開關更能保證通道24小時亮燈。