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太陽能路燈的基本原理與設計方案
2010-09-12 15:14 瀏覽 8169 上一篇 下一篇

太陽能路燈的基本原理及設計依據

    一、前言

  隨著地球資源的日益貧乏,基礎能源的投資成本日益攀高,各種安全和污染隱患可謂無處不在,太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環保新能源越來越受重視。同時,也隨著太陽能光伏技術的發展和進步,太陽能燈具產品在環保節能的雙重優勢,太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的應用已經逐漸形成規模,太陽能發電在路燈照明領域發展已經日趨完善。筆者就太陽能路燈設計的一點體會供同行參考。

  二、太陽能路燈的組成

  太陽能路燈由以下幾個部分組成:太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼。如輸出電源為交流220V或110V,還要配置逆變器。

  1、太陽能電池板:

  太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分,也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能,或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區,采用多晶硅太陽能電池為好,因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單,價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區,采用單晶硅太陽能電池為好,因為單晶硅太陽能電池性能參數比較穩定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好,因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。

  2、太陽能控制器

  無論太陽能燈具大小,一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命,必須對它的充電放電條件加以限制,防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方,合格的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有路燈控制功能,具有光控、時控功能,并應具有夜間自動切控負載功能,便于陰雨天延長路燈工作時間。

   3、蓄電池

  由于太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定,所以一般需要配置蓄電池系統才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則:首先在能滿足夜晚照明的前提下,把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來,同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要,蓄電池過大,一方面蓄電池始終處在虧電狀態,影響蓄電池壽命,同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷(路燈)相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上,系統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20~30%,才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。

  4、光源

 采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標,一般太陽能燈具采用低壓節能燈、低壓鈉燈、無極燈、LED光源。

  (1)低壓節能燈:功率小,光效較高,但使用壽命2000小時,電壓低燈管發黑,一般適合太陽能草坪燈、庭院燈。

  (2)低壓鈉燈:低壓鈉燈光效高(可達200Lm/w),但需逆變器,低壓鈉燈價格貴,整個系統造高,采用較少。

  (3)無極燈:功率小,光效較高。該燈在220V(純正弦波,頻率50赫茲)普通市電條件下使用,壽命可以達到5萬小時,在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節能燈差不多(因為太陽能燈具都是方波逆變器,太陽能電源220V輸出頻率、項位、電壓都是不能和普通市電相比的)。

  (4)LED:LED燈光源,壽命長,可達1000000小時,工作電壓低,不需要逆變器,光效較高,國產50 Lm/w,進口80 Lm/w。隨著技術進步,LED的性能將進一步提高。我司認為LED作為太陽能路燈的光源將是一種趨勢

  5、燈桿及燈具外殼

  燈桿的高度應根據道路的寬度、燈具的間距,道路的照度標準確定。燈具外殼根據我們收集了許多國外太陽燈資料,在美觀和節能之間,大多數都選擇節能,燈具外觀要求不高,相對實用就行。

三、設計體會

  1、道路照度與適用范圍

  根據《城市道路照明設計標準》的規定:快速路平均照度20lx,均勻度0.4,主干路平均照度15lx,均勻度0.35,次干路平均照度8lx,均勻度0.35,支路平均照度5lx,均勻度0.3。現投入使用的LED路燈,由于技術條件,LED功率偏小30~100w,光效50~80lx/w,道路照度較低,我司做過測試,桿高8.5米,間距30米,光源2×50wLED燈,燈下照度19lx,兩燈之間11lx,最暗處3.5lx。

  以上數把為新安裝燈具的初始照度值,故其照度是不能滿足快速路與主干路。太陽能路燈宜在次干路、支路上使用,主要道路慎用。

  2、照明時間

  LED路燈每天的工作時間應同一般路燈的工作要求,設計應考慮冬天日照時間短時,其工作時間應能在12小時之上。由于LED燈受天氣影響較大,如遇連續陰雨天就使LED燈缺乏電能而無法使用。國家現無規范對LED路燈在低輻照度(連續陰雨天)情況,允許最少工作時間沒有做出規定,現一般根據燈具廠家和當地的氣象情況,應在低幅照度(連續陰雨天)工作狀況下工作在15~20天。在設計時應充分考慮太陽能電池板及蓄電池的容量。

   3、防雷接地

  LED路燈的工作電壓一般為12V或24V,屬安全電壓,不做電氣保護接地。但LED路燈金屬燈桿應做防雷接地,接地電阻不大于10歐姆。
      
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