太陽能路燈由太陽能電池板(包括支架)、燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器、蓄電池等)和燈桿、基礎(chǔ)等幾部分構(gòu)成。太陽能路燈一般各自成供電系統(tǒng),不與常規(guī)路燈供電網(wǎng)絡(luò)連接。太陽能路燈系統(tǒng)主要有12V與24V兩種。
一太陽能電池選擇
l.類型
太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。較實(shí)用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池等三種。
1) 單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定.適合在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)使用;
2) 多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單,價(jià)格比單晶硅低.適合在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)使用;
3)非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低,適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。
2.工作電壓
太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的l.5倍,才能保證給蓄電池正常充電。如給6v蓄電池充電需要用8~9V
太陽能電池,給12V蓄電池充電需要用15~18V太陽能電池。給24V蓄電池充電需用33~36V太陽能電池。
3.輸出功率Wp
太陽能電池的單位面積輸出功率約127Wp/m2。
太陽能電池一般由多個(gè)太陽能單元電池串聯(lián)組成,其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總
功率以及當(dāng)?shù)靥柲茌椛淠芰?。太陽能電池組輸出功率宜為光源功率的3~5倍以上:光照豐富、開燈時(shí)
短地區(qū)為(3~4)倍以上,反之為(4~5)倍以上。
4平均峰值日照時(shí)數(shù) h
太陽能電池輸出功率Wp即是標(biāo)準(zhǔn)太陽光照條件下,歐洲委員會(huì)定義的10l標(biāo)準(zhǔn),輻射強(qiáng)度1000W/m2,
大氣質(zhì)量AM1.5,電池溫度252C條件下,太陽能電池的輸出功功率。不同的時(shí)間,不同的地點(diǎn),同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。所謂標(biāo)準(zhǔn)條件,接近平時(shí)晴天中午前后的太陽光照條件。
表——1 我國不同地區(qū)天陽光照條件
區(qū)域劃分 | 豐富地區(qū) | 比較豐富地區(qū) | 可以利用地區(qū) | 貧乏地區(qū) |
年總輻射量(KJ/cm2.年) | ≥580 | 500~580 | 420~500 | ≤420 |
地域 | 內(nèi)蒙西部、甘肅西部、新疆南部、青藏高原 | 新疆北部、東北、內(nèi)蒙東部、華北、陜北、寧夏、甘肅部分、青藏高原東側(cè)、海南、臺(tái)灣 | 東北北端、內(nèi)蒙呼盟、長江下游、福建、廣東、廣西、貴州部分、云南、河南、陜西 | 重慶、四川、貴州、廣西、江西部分地區(qū) |
連續(xù)陰雨天數(shù) | 2 | 3 | 7 | 5 |
特征 |
年日照≥3000h 百分率≥0.75 |
年日照2400~3000h 百分率0.6 0.7 |
年日照1600 ~2400h 百分率0.6~ 0.4 |
年日照≤1600h 百分率≤0.4 |
表——2 年總輻射量與日平均峰值日照時(shí)數(shù)對應(yīng)表
年輻射總量(KJ/cm2.年) | 420 | 460 | 500 | 540 | 580 | 620 | 660 | 700 | 740 |
平均峰值日照時(shí)數(shù)(h) | 3.19 | 3.50 | 3.82 | 4.14 | 4.46 | 4.78 | 5.10 | 5.42 | 5.72 |
5.太陽能池組選擇和安裝
路燈桿一般在5m以上,重心較高.大部分太陽電池板都是懸掛式,為增強(qiáng)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。
表——3 我國主要城市年平均日照時(shí)間及最佳安裝傾角
城市 | 緯度 | 最佳傾角(0) | 年平均日照時(shí)間(h) | 城市 | 緯度 | 最佳傾角(0) | 年平均日照時(shí)間(h) |
哈爾濱 | 45.68 | +3 | 4.4 | 杭州 | 30.23 | +3 | 3.42 |
長春 | 43.90 | +1 | 4.8 | 南昌 | 28.67 | +2 | 3.81 |
沈陽 | 41.77 | +1 | 4.6 | 福州 | 26.08 | +4 | 3.46 |
北京 | 39.8 | +4 | 5 | 濟(jì)南 | 36.68 | +6 | 4.44 |
天津 | 39.10 | +5 | 4.65 | 鄭州 | 34.72 | +7 | 4.04 |
呼和浩特 | 40.78 | +3 | 5.6 | 武漢 | 30.63 | +7 | 3.80 |
太原 | 37.78 | +5 | 4.8 | 長沙 | 28.20 | +6 | 3.22 |
烏魯木齊 | 43.78 | +12 | 4.6 | 廣州 | 23.13 | -7 | 3.52 |
西寧 | 36.75 | +1 | 5.5 | ???/td> | 20.03 | +12 | 3.75 |
蘭州 | 36.05 | +8 | 4.4 | 南寧 | 22.82 | +5 | 3.54 |
銀川 | 38.48 | +2 | 5.5 | 成都 | 30.67 | +2 | 2.87 |
西安 | 34.30 | +14 | 3.6 | 貴陽 | 26.58 | +8 | 2.84 |
上海 | 31.17 | +3 | 3.8 | 昆明 | 25.02 | -8 | 4.26 |
南京 | 32.00 | +5 | 3.94 | 拉薩 | 29.70 | -8 | 6.7 |
合肥 | 31.85 | +9 | 3.69 |
二.蓄電池選擇
蓄電池在有光照太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來,到夜晚需要照明的時(shí)候再釋放出來。
有廠家開發(fā)出不用蓄電池的太陽能路燈系統(tǒng);太陽能電池組與電網(wǎng)并聯(lián).由控制電路進(jìn)行切換.投資
少,運(yùn)行和維修費(fèi)用省,能耗少,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。適用于近市網(wǎng)的路燈.庭院燈.廣告燈箱等。
重點(diǎn)討論有蓄電池的太陽能路燈系統(tǒng).
1. 類型選擇
1)鉛酸(CS)蓄電池:適于低溫高倍率放電,比能量偏低,目前大部分太陽能路燈采用。密封免維護(hù),
價(jià)格低。注意防止鉛酸污染,應(yīng)逐步淘汰。
2)鎳鎘(Ni-Cd)蓄電池:放電倍率高、低溫性能好,循環(huán)壽命長,小型系統(tǒng)采用。注意防止鎘污染。
3)鎳氫(Ni-H)蓄電池:高倍率放電,低溫性能好,價(jià)格便宜,無污染,為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采
用。要大力提倡.
目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池,普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。
2.容量選擇
蓄電池容量過小,不能滿足夜晚照明的需要;容量過大,蓄電池始終處在虧電狀態(tài),影響蓄電池壽命,
也造成浪費(fèi)。蓄電池容量(Ah)與負(fù)載容量(Ah)之比宜在3~6倍以上:連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為3~4倍以上
,連續(xù)陰雨天教較多地區(qū)約為5~6倍以上。
3.蓄電池聯(lián)結(jié)
并聯(lián)連接時(shí).要考慮各單體電池間的不平衡影響。并聯(lián)組數(shù)不宜超過4組。注意蓄電池防盜。
三.控制器
太陽能路燈的運(yùn)行由控制器來控制??刂破鞔蠖紝?shí)現(xiàn)了智能控制.控制器應(yīng)具有以下功能:
1.路燈控制
光控、時(shí)控、溫控等功能供選擇。具有調(diào)光(或半夜燈)功能.
2.蓄電池管理
對蓄電池充放電條件加以限制,延長其使用壽命:
1) 防反充電控制:
2) 防過充電控制:
3) 防過放電控制;
4) 溫度補(bǔ)償。
3.自動(dòng)保護(hù)
太陽電池反接保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、夜間防反充保護(hù)、輸出短路保護(hù)等。
4.?dāng)?shù)碼顯示
顯示太陽能路燈主要參教:蓄電池電壓、太陽電池光伏電壓等。
5.控制器電壓
控制器電壓=蓄電池電壓。
四.太陽能電池傾角設(shè)計(jì)
太陽能電池傾角是指太陽能電池板平面與水平地面的夾角。
太陽能電池組件傾角(指太陽電池板平面與地平面夾角)在技術(shù)界多有探討。傾斜角度按所在地理位
置(緯度等)確定;將太陽能電池板正面正對太陽(或正南稍偏西),傾角與當(dāng)?shù)鼐暥纫恢录瓤桑鐥l件允許·
太陽能電池板的傾角可隨季節(jié)變化做出相應(yīng)調(diào)整。
我國主要城市的太陽能電池安裝傾角參照“表——3”。
五.太陽能路燈抗風(fēng)設(shè)計(jì)
1太陽能電池組件抗風(fēng)設(shè)計(jì)
根據(jù)最大風(fēng)力的大小進(jìn)行太陽能路燈抗風(fēng)設(shè)計(jì):
表——4 風(fēng)力和風(fēng)速對應(yīng)關(guān)系
名稱 | 最大風(fēng)速(m/s) | 風(fēng)力(級) | 名稱 | 最大風(fēng)速(m/s) | 風(fēng)力(級) |
熱帶低壓(TD) | 10.8 ~17.1 | 6~7(底層中心) | 臺(tái)風(fēng)(TY) | 32.7 ~ 41.4 | 12 ~13 |
熱帶風(fēng)暴(TS) | 2 ~24.4 | 8~9 | 強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY) | 41.5 ~ 50.9 | 14 ~15 |
強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS) | 24.5 ~ 32.6 | 10 ~11 | 超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(Super TY) | >51.0 | ≥16 |
注:摘自“GB/T 19201-2006”.
、我南方沿海臺(tái)風(fēng)偏多,太陽能路燈燈桿至少應(yīng)能抗12級臺(tái)風(fēng),北方多數(shù)地區(qū)應(yīng)能抗10級大風(fēng)。
2.路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)
1) 太陽能組件:廠家應(yīng)保證能承受當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速而不至于損壞,重點(diǎn)是電池組件支架與燈桿的連接。
2) 燈桿和基礎(chǔ);路燈燈桿和基礎(chǔ)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)與電池板高度、面積、傾角及燈桿結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速等
有關(guān),應(yīng)由燈桿廠家或結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì),保證最大風(fēng)速時(shí)太陽能路燈燈桿的穩(wěn)定性。
六.太陽能照明主要光源和應(yīng)用
光源與太陽能系統(tǒng)有兩種形式:
1) 太陽能立供電的HID燈電子鎮(zhèn)流器(或稱觸發(fā)器,下同。):直接由蓄電池供電.實(shí)際上是DC/AC高額變換器.因此.太陽能路燈照明系統(tǒng)一般無需另加DC/AC逆變器,減少了電路損耗。此形式適合新建太陽能路燈工程。
2) 配傳統(tǒng)HID燈電子鎮(zhèn)流器:接于AC220市電電源.其電子鎮(zhèn)流器本質(zhì)上是AC/DC/AC高頻變換器。如與太陽能系統(tǒng)連接,需在蓄電池與HID燈電子鎮(zhèn)流器間增加DC/AC小功率逆變器。此形式適合路燈改造。
3) 應(yīng)用;太陽能LED燈、HID燈、無極燈路燈功率多在70W以下.個(gè)別在lOOW以上.一般用在支路和人行道照明。小功率太陽能LED燈、節(jié)能燈用在草坪、景觀照明。
七.防雷和接地
l.屬安全電壓
太陽能路燈一般使用DCl2V或DC24V.屬安全電壓,不做電氣保護(hù)接地.
2.防雷接地
1) 不可用路燈、太陽能電池板作為接閃器;
2) 用金屬燈柱兼作接閃器和引下線:
3) 路燈基礎(chǔ)鋼筋籠在-0.50m以下其鋼筋表面積太于0.37m2時(shí),可作為防雷接地體。否則應(yīng)增加人工接地極,接地電阻≤10歐.必要時(shí)將接地體連接。接地做法同一般路燈
4) 在路燈控制器內(nèi)設(shè)置TVS(瞬態(tài)電壓抑制)防雷保護(hù).
太陽能路燈設(shè)計(jì)舉例
倒:鄭州市某道路人行道擬安裝LED太陽能路燈.燈高5,路燈輸入電壓24V,功率70W,每天工作8.5h.
保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天提供照明。試進(jìn)行LED太陽能路燈設(shè)計(jì).
1太陽能電池選擇
1) 鄭州市年平均日照時(shí)間:查“表——3”:4.04h。
2) 路燈日耗電:
(70/24)*8 5=24.79(Ah)
3) 蓄電池組總充電電流:
(24.79*1 05)/(4.04*0 85)=7.58(A)
l.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù),O.85為蓄電池充電效率.
4) 太陽能電池組總功率t
7.58*34.8=263.78(W)
選擇2塊Pm=135W太陽能電池板并聯(lián).最佳工作電壓34.8v.最佳工作電流3.88A.組件尺寸800*1580*50
(mm)。
2.蓄電池選擇
蓄電池容量: 7.58*(7+1)=60.64(Ah)
選擇24V一70Ah的免維護(hù)鉛酸蓄電池。
3.控制器
選擇智能型控制器.根據(jù)鄭州市路燈系統(tǒng)要求調(diào)整控制器參數(shù),井對路燈蓄電池等進(jìn)行保護(hù)
4.太陽能電池傾角
青“表——3”,鄭州市太陽能電池傾角:
34.720+70=4I.720
太陽能電池組方向正南稍偏西,與地平線傾角41.720
5.燈柱抗風(fēng)設(shè)計(jì)
盡量采用太陽能路燈成套產(chǎn)品,由廠家提供合格配套抗風(fēng)燈柱實(shí)物和基礎(chǔ)圖紙?;蛴山Y(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本地氣候條件對燈桿和基礎(chǔ)抗風(fēng)進(jìn)行設(shè)計(jì)或驗(yàn)證。