太陽能路燈的設(shè)計思路與要點詳談

隨著太陽電池轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用越來越廣泛，在照明領(lǐng)域，太陽能路燈作為光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)的主要應(yīng)用模式，被越來越多的所認(rèn)識并接受。編者通過對多家公司的太陽能路燈資料進行分析，發(fā)現(xiàn)很多人在太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計時考慮比較偏面，比如，對峰值時間的考慮、蓄電池容量的選擇以及對連續(xù)陰雨天的理解等。

　　本文結(jié)合工作中的實際經(jīng)驗，對太陽能路燈的設(shè)計要點作進一步的探討與分析。

　　1 太陽能路燈的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

　　1.1 太陽能路燈基本結(jié)構(gòu)

　　太陽能路燈主要由太陽電池組件、組件、支架、光源、控制器、蓄電池、燈桿等幾部分組成。

　　1.2 太陽能路燈的工作原理

　　太陽能路燈利用太陽電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器向光源供電一直到設(shè)定的時間后切斷。

　　2 路燈設(shè)計所需的數(shù)據(jù)

　　2.1 通過已知太陽能路燈使用地來查找使用地的經(jīng)度與緯度。通過（中國不同傾斜面上太陽輻射數(shù)據(jù)庫）來確定太陽電池組件的傾斜角與方位角及計算該地區(qū)的太陽能標(biāo)準(zhǔn)峰值日照時間。

　　2.2 路燈所選用光源的功率（W）。光源功率的大小直接影響著整個系統(tǒng)的參數(shù)穩(wěn)定性。

　　2.3 太陽能路燈每天晚上工作的時間（H）。這是決定太陽能路燈系統(tǒng)中組件大小的核心參數(shù)，通過確定工作時間，可以初步計算負(fù)載每天的功耗和與之相應(yīng)的太陽電池組件的充電電流。

　　2.4 太陽能路燈需要保持的連續(xù)陰雨天數(shù)（d）。這個參數(shù)決定了蓄電池容量的大小及陰雨天過后恢復(fù)電池容量所需要的太陽電池組件功率。

　　2.5 確定兩個連續(xù)陰雨天之間的間隔天數(shù)D。這是決定系統(tǒng)在一個連續(xù)陰雨天過后充滿蓄電池所需要的電池組件功率。

　　3 太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計思路與要點

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理相同，因而太陽能路燈的設(shè)計思路也可依據(jù)一般的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，先確定光源的功率，每天的工作時間，保證幾個陰雨天然后計算蓄電池的容量和太陽電池組件的功率。但太陽能路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設(shè)計時需要特別注意。

　　3.1 太陽電池組件

　　太陽電池組件的電壓會隨著溫度的升高而降低，由于高溫的影響，電池組件的電壓損失約 2V，而充電過程控制器上的二極管壓降 0.7V，所以選擇工作電壓為 18V 的組件。由于太陽能路燈的特殊性，太陽能電池板一般安裝在燈桿上，對于路燈桿而言，一般都是 5 米以上，重心較高，而且大部分太陽電池板都是懸掛式，為增強整套設(shè)備的抗風(fēng)力，一般選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。

　　3.2 蓄電池（組）

　　在選擇蓄電池時，須要考慮放電率對蓄電池容量的影響，溫度對蓄電池容量的影響，放電深度對蓄電池容量的影響等幾個方面。所以一定要選用深循環(huán)的太陽能專用蓄電池。蓄電池在進行并聯(lián)連接時，需要考慮各單體電池間的不平衡影響，通常情況下并聯(lián)組數(shù)不宜超過 4 組。

　　3.3 控制器

　　控制器是整個路燈系統(tǒng)中充當(dāng)管理者的關(guān)鍵部件，它的最大功能是對蓄電池進行全面的管理，好的控制器應(yīng)當(dāng)根據(jù)蓄電池的特性，設(shè)定各個關(guān)鍵參數(shù)點，比如蓄電池的過充點、過放點，恢復(fù)連接點及SOC放電控制等。在選擇路燈控制器時，特別需要注意控制器恢復(fù)連接點參數(shù)，由于蓄電池有電壓自恢復(fù)特性，當(dāng)蓄電池處于過放電狀態(tài)時，控制器切斷負(fù)載，隨后蓄電池電壓恢復(fù)，如果些時控制器各參數(shù)點設(shè)置不當(dāng)，則可能出現(xiàn)燈具閃爍不定，縮短蓄電池和光源的壽命。

　　3.4 光源的選擇

　　光源的選型對于太陽能路燈來說是最關(guān)鍵的一步，目前針對太陽能路燈專用的光源較少，為減少有限能量的損失，光源盡量選直流光源。目前常見的光源有直流節(jié)能燈、高頻無極燈、低壓鈉燈和LED光源。LED 作為半導(dǎo)體光源，其發(fā)展勢頭強勁，是太陽能路燈最為理想的光源，LED路燈光源是一款多功能、環(huán)保節(jié)能型路燈光源，適合在各種場合的照明使用。LED路燈驅(qū)動器是專門針對LED路燈系統(tǒng)所研發(fā)的產(chǎn)品，用于提供LED燈具穩(wěn)定的電源。運用先進的電子電力技術(shù)，設(shè)計了高效率增強以及超節(jié)能脈波寬度調(diào)變（PWM）兩種輸出模式，配合時間控制，可以在需要的時候（上半夜天黑人多車多的時候）以高效率增強模式點亮LED燈具，提供良好的照明，而其它時間段（后半夜人車稀少的時候）則以超節(jié)能模式輸出，節(jié)約蓄電池的電力的消耗。另外，國內(nèi)大部分太陽能路燈項目照明亮度需滿足城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)。

　　4 結(jié)束語

　　太陽能路燈的設(shè)計需要科學(xué)、合理，除了上述幾點，還需要考慮路燈整體的結(jié)構(gòu)，特別是路燈的抗風(fēng)力的計算以及結(jié)合城市道路設(shè)計路燈整體的美觀性總之，影響太陽能路燈性能的因素很多，不一一贅述，一些人在設(shè)計太陽能路燈系統(tǒng)時往往把日照時間看作太陽能峰值時數(shù)，其實這是不正確的，這樣設(shè)計的結(jié)果會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。只有掌握了使用地的詳細(xì)氣象資源及使用條件，再結(jié)合實際經(jīng)驗，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，才能確保太陽能路燈能正常工作。