编辑本段1.系统组成

太阳能路灯(6张)

　　太阳能路灯系统可以保障阴雨天气15天以上正常工作！它的系统组成是由（包括支架）、LED灯头、太阳能灯具控制器 、蓄电池（包括蓄电池保温箱）和灯杆等几部分构成。

 

　　太阳能电池组件一般选用单晶硅或者多晶硅太阳能电池组件；LED灯头一般选用大功率LED光源；控制器一般放置在灯杆内，具有光控、时控制、过充过放保护及反接保护，更高级的控制器更具备四季调整亮灯时间功能、半功率功能、智能充放电功能等；蓄电池一般放置于地下或则会有专门的蓄电池保温箱，可采用阀控式铅酸蓄电池、胶体蓄电池、铁铝蓄电池或者锂电池等。太阳能灯具全自动工作，不需要挖沟布线，但灯杆需要装置在预埋件（混凝土底座）上。

 

编辑本段2.工作原理　　太阳能路灯工作原理说明：白天太阳能路灯在智能控制器的控制下，太阳能电池板经过太阳光的照射，吸收太阳能光并转换成电能，白天太阳电池组件向蓄电池组充电，晚上蓄电池组提供电力给LED灯光源供电，实现照明功能。直流控制器能确保蓄电池组不因过充或过放而被损坏，同时具备光控、时控、温度补偿及防雷、反极性保护等功能。

 

2009.09.18株洲施工图

2009.09.18株洲施工图

 

编辑本段3.设计思想　　1,太阳能电池组件选型

 

　　设计要求：北京地区，负载输入电压24V功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7天。

 

　　⑴ 北京地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算北京地区峰值日照时数约为3.424h；

 

　　⑵ 负载日耗电量 = 12.2AH

 

　　⑶ 所需太阳能组件的总充电电流=
1.05×12.2×（20+7）&pide;20&pide;（3.424×0.85）=5.9A

 

　　在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。

 

　　⑷ 太阳能组件的最少总功率数 = 17.2×5.9 = 102W

 

　　选用峰值输出功率110Wp、单块55Wp的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。

 

编辑本段4.产品参数　　*主体材料：灯杆为全钢结构、整体热镀锌/喷塑处理

 

　　*太阳能电池组件：晶体硅15-80WP（按负载配置）

 

　　*系统工作电压：直流12V—24V

 

　　*控制器：太阳能灯具专用控制器,光控+时控，智能控制(天黑灯自开，天亮灯自熄灭)

 

　　*储能电池：全封闭免维护铅酸蓄电池12V17Ah—80Ah(根据负载配置)

 

　　*光源类型：节能高功率集成LED,稀土高效节能灯(可按客户要求配置)

 

　　*防护等级：IP65

 

　　*使用温度：-30度至70度，抗风力≥150Km/h

 

　　*照明时间：4～14小时（可根据需要调节）

 

　　*灯杆高度：2米～4米（可以按客户要求制作）

 

　　*阴雨天保证：可连续工作4~5个阴雨天（区域/季节不同有差异）（可按客户要求制作）

 

　　本产品无需铺设地下线缆，无需支付照明电费，太阳能庭院灯所采用的关键部件太阳能电池板、太阳能直流路灯智能控制器、免维护蓄电池、照明灯具均经过国家发改委/GEF/世界银行光伏产品认证。主要适用于城市道路、小区广场、工业园区、旅游景区、公园绿化带等场所的亮化照明。

 

　　我们所生产的所有产品都按照标准严格执行材料检验、制程巡查、成品出货检验，以确保客户获得满意的产品，公司建有一套完善的售前，售中，售后服务体系，处处为您的利益着想，真正实现一对一服务。

 

编辑本段5.太阳能路灯与市电路灯对比1、安装对比　　太阳能路灯安装时，不用辅设复杂线路，只做一个水泥基座及在1m之内做一个电池坑，用镀锌螺栓固定就可。

 

　　市电路灯施工中有复杂的作业程序。首先要辅设电缆，挖沟布管、管内穿线、回填等大量土建施工，消耗大量人力、物力、财力。最后还要进行调试，一旦出现问题，就造成很大消耗。2、费用对比　　太阳能路灯一次投资、长期受益，由于线路简便，不产生维护费用，不产生昂贵电费。6—7年收回成本，后3—4年节约100多万的电费及维护费用。

 

　　市电路灯电费高昂，线路复杂，需长期不间断的对线路进行检修。特别电压不稳的情况下，钠灯易坏是不可避免的，而随着年限的延长，线路老化、维修费用更是年年递增。3、安全对比　　太阳能路灯由于采用的是12—24V低压，电压稳定，运行可靠，不存在安全隐患，是生态小区，路政部门理想产品。

 

　　市电路灯安全隐患大，人们的生活环境在不断变化的情况下，道路改造、景观工程的施工，供电不正常，水煤气管道的交叉施工等多方面带来诸多隐患。[1]

 

编辑本段6.蓄电池选型　　太阳能供电系统中，蓄电池的性能好坏直接影响系统的综合成本及运行好坏和使用寿命，本方案中选用我公司与中国科学院金属研究所联合研制的最新成果储能型胶体蓄电池，

吉光光电

与普通的铅酸电池相比，它在设计上和制造工艺上有以下突出特点：

 

　　使用寿命超长，正常情况下使用寿命为五到十年。

 

　　采用适合的正负极合金配方及活性物质配比，使电池更加适合储能电池循环充、放电的使用特点。

 

　　胶体电解液的设计，有效的抑制活性物质的脱锈和极板的硫酸盐化现象，从而延缓了电池在使用过程中的性能衰降。大大改善了电池的深充放循环寿命。

 

　　选用笫四代照明产品LED光源 。

 

编辑本段7.LED光源优势　　1.发光效率高，耗电量小，使用寿命长，工作温度低。

 

2.安全可靠性强。

 

　　3.反应速度快，单元体积小，绿色环保。

 

　　4.同亮度下，耗电是白炽灯的十分之一，荧光灯的三分之一，而寿命却是白炽灯的50倍，荧光灯的20倍，是继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明产品。

 

　　5.单颗大功率超亮度LED的问世，是LED应用领域跨至高效率照明光源市场成为可能，将是人类继爱迪生发明白炽灯后最伟大的发明之一。

 

编辑本段8.电池组件支架1) 倾角设计　　为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。

 

　　关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为长沙地区，依据本次设计参考相关文献中的资料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。2)抗风设计　　在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计

 

　　依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。

 

　　在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。

 

　　⑵ 路灯灯杆的抗风设计

 

　　路灯的参数如下：

 

　　电池板倾角A = 16o 灯杆高度 = 5m

 

　　设计选取灯杆底部焊缝宽度δ = 4mm 灯杆底部外径 = 168mm

 

　　焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为

 

　　PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。

 

　　根据27m/s的设计最大允许风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数，F =
1.3×730 = 949N。

 

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

 

　　根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）。

 

　　上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。

 

　　破坏面抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）

 

　　=π×（3×842×4+3×84×42+43）= 88768mm3

 

　　=88.768×10－6 m3

 

　　风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W

 

　　= 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 Mpa<<215Mpa

 

　　其中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。

 

　　所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。

 

编辑本段9.控制器　　太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控、防反接、充电涓流保护、欠压保护、防水保护等。

 

[2]

蓄电池防过充、过放保护电压一般参数如表1)器件选用　　在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客户群的需求特点选定相应的方案，在此不一一详述。2)表面处理　　该系列产品采用静电涂装新技术，以FP专业建材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求，同时产品自洁性高、抗蚀性强，耐老化，适用于任何气候环境。加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装，使产品性能大大提高，达到了最严格的AAMA2605.2005的要求，其它指标均已达到或超过GB的相关要求。3)充电涓流保护　　易佳太阳能电池板对蓄电池充电时，蓄电池在达到峰值电压后，如果继续高压充电容易造成蓄电池的失水或失控；如果停止充电时，蓄电池又无法饱和。此款控制器在充到峰值电压后立即降压1V，然后进入涓流充电状态，保证了蓄电池可以稳定于饱满状态，同时又避免了失水或失控，类似于对蓄电池进行循环充，不仅高效的保护了蓄电池，还提升了蓄电池的充电次数，使用寿命更长。

 

编辑本段太阳能路灯的特点　　节能： 以太阳能光电转换提供电能，取之不尽、用之不竭。

 

　　环保： 无污染、无噪音、无辐射。

 

　　安全： 绝无触电、火灾等意外事故。

 

　　方便： 安装简洁，不需要架线或“开膛破肚”挖地施工、也没有停电限电顾虑。

 

　　寿命长： 产品科技含量高，控制系统、配件均是国际品牌、智能化设计，质量可靠。

 

　　品位高： 科技产品、绿色能源，使用单位重视科技、绿色形象提高、档次提升。

 

　　投资少： 一次性投资与交流电等价（交流电投资从变电、进电、控制箱、电缆、工程等合计），一次投资、长期受用。[3]

 

编辑本段太阳能路灯选择注意事项　　太阳能路灯目前技术不太成熟，光伏板成本高，蓄电池故障率高。建议选用普通的高压钠灯或金卤灯。如果一定需要考虑节能，则可以考虑LED照明。[4]

 

编辑本段太阳能路灯配置计算　　随着传统能源的日益紧缺，太阳能的应用将会越来越广泛，尤其太阳能发电领域在短短 的数年时间内已发展成为成熟的朝阳产业。

 

　　1： 目前制约太阳能发电应用的最重要环节之一是价格，以一盏双路的太阳能路灯为例，两路负载共为60瓦，（以长江中下游地区有效光照4.5h/天、每夜放电7小时、增加电池板20%预留额计算）其电池板就需要160W左右，按每瓦20元计算，电池板的费用就要3200元，再加上180AH左右的蓄电池组费用也在1800左右，整个路灯一次性投入成本大大高于市电路灯，造成了太阳能路灯应用领域的主要瓶颈。

 

　　2：蓄电池的使用寿命也应该考虑在整个路灯系统应用中，一般的蓄电池保修三年或五年，但一般的蓄电池在一年、甚至半年以后就会出现充电不满的情况，有些实际充电率有可能下降到50%左右，这必将影响连续阴雨天时期的夜间正常照明，所以选择一款较好的蓄电池尤为重要。

 

　　3：一些工程商常选用LED灯作为太阳能路灯的照明，但是LED灯的质量参差不齐，光衰严重的LED半年就有可能衰减50%光照度。所以一定要选择光衰较慢的LED灯，或者选用无极灯、低压钠灯等。

 

　　4：控制器的选择往往也是被工程商忽略的一个问题，控制器的质量层差不齐，12V/10A的控制器市场价格在100-200元不等，虽然是整个路灯系统中价值最小的部分，但它却是非常重要的一个环节。控制器的好坏直接影响到太阳能路灯系统的组件寿命以及整个系统的采购成本，一：应该选择功耗较低的控制器，控制器24小时不间断工作，如其自身功耗较大，则会消耗部分电能,最好选择功耗在1毫安（MA）以下的控制器。二：要选择充电效率高的控制器，具有MCT充电模式的控制器能自动追踪电池板的最大电流，尤其在冬季或光照不足的时期，MCT充电模式比其他高出20%左右的效率。三：应选择具有两路调节功率的控制器，具有功率调节的控制器已被广泛推广，在夜间行人稀少时段可以自动关闭一路或两路照明，节约用电，还可以针对LED灯进行功率调节。除选择以上节电功能外，还应该注重控制器对蓄电池等组件的保护功能，像具有涓流充电模式的控制器就可以很好的保护蓄电池，增加蓄电池的寿命，另外设置控制器欠压保护值时，尽量把欠压保护值调在 ≥ 11.1V ，防止蓄电池过放。

 

　　5： 距离市区较远的地方还应该注意防盗工作，很多工程商因为施工疏忽，没有进行有效的防盗，导致蓄电池、电池板等组件被盗，不仅影响了正常照明，也造成了不必要的财产损失。目前工程案例中被盗居多为蓄电池，蓄电池埋于地下用水泥浇筑是一种有效防盗措施，在灯杆

 

　　上加装蓄电池箱的最好将其进行焊接加固。

 

　　6: 控制器的防水，控制器一般装于灯罩、电池箱中，一般也不会进水，但在实际工程案例中 控制器端子的连接线往往因为雨水顺着连接线流入控制器造成短路。所以在施工时应该注意将 内部连接线弯成“U”字型并固型，外部连接线也可以固定为“U”型，这样雨水就无法淋入造成 控制器短路，另外还可在内外线接口处涂抹防水胶。

 

　　7： 在众多太阳能路灯实际应用中，很多地方的太阳能路灯不能满足正常照明需要，尤其在阴雨天更为突出，除使用了质量较差的相关组件外，另一个主要的原因就是一味降低组件成本，不按需求设计配置，减小电池板和蓄电池的使用标准，所以导致在阴雨天路灯无法提供照明。

 

编辑本段太阳能灯附件计算公式　　以下提供太阳能电池板和蓄电池配置计算公式：一：首先计算出电流　　如：12V蓄电池系统； 30W的灯2只，共60瓦。

 

　　电流 = 60W&pide;12V = 5 A二：计算蓄电池容量　　如：路灯每夜累计照明时间需要为满负载7小时（h）；

 

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

 

　　需要满足连续阴雨天5天的照明需求。（5天另加阴雨天前一夜的照明，计6天）

 

　　蓄电池 = 5A × 7h ×（ 5+1）天 = 5A × 42h =210 AH

 

　　另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；放电余留20%左右。

 

　　所以210AH也只是应用中真正标准的70%左右。三：计算电池板峰值　　路灯每夜累计照明时间需要为 7小时（h）；

 

　　
★：电池板平均每天接受有效光照时间为4.5小时（h）；

 

　　最少放宽对电池板需求20%的预留额。

 

　　WP&pide;17.4V = （5A × 7h × 120%）&pide;
4.5h

 

　　WP&pide;17.4V =
9.33

 

　　WP = 162（W）

 

　　
★ ：
4.5h每天光照时间为长江中下游附近地区日照系数。

 

　　另外在太阳能路灯组件中，线损、控制器的损耗、及镇流器或恒流源的功耗各有不同，实际应用中可能在5%-25%左右。所以162W也只是理论值，根据实际情况需要有所增加。

 

编辑本段太阳能路灯方案相关组件选择　　24VLED：选择LED照明，LED灯使用寿命长，光照柔和，价格合理，可以在夜间行人稀少时段实现功率调节，有利于节电，从而可以减少电池板的配置，节约成本。每瓦80-105lm左右，光衰小于年≤5%；

 

　　12V 蓄电池（串24V）：选择铅酸免维护蓄电池，价格适中，性能稳定，太阳能路灯首选；

 

　　12V电池板（串24V）：转换率15%以上单晶正片；

 

　　24V控制器：MCT充电方式、带调功功能（另附资料）；

 

　　6M灯杆（以造型美观，耐用、价格便宜为主）
一、40瓦方案配置一　　1、 LED灯，单路、40W，24V系统；

 

　　2、 当地日均有效光照以4h计算；

 

　　3、每日放电时间10小时，（以晚7点－晨5点 为例）

 

　　4、满足连续阴雨天5天（另加阴雨前一夜的用电，计6天）。

 

　　电流 = 40W&pide;24V =1.67 A

 

　　计算蓄电池 =
1.67A × 10h ×（5+1）天

 

　　=
1.67A × 60h=100 AH

 

　　蓄电池充、放电预留20%容量；路灯的实际电流在2A以上（加20%

 

　　损耗，包括恒流源、线损等）

 

　　实际蓄电池需求=100AH 加20%预留容量、再加20%损耗

 

　　100AH &pide; 80% × 120% = 150AH

 

　　实际蓄电池为24V /150AH，需要两组12V蓄电池共计：300AH计算电池板　　1、 LED灯 40W、 电流：
1.67A

 

　　2、每日放电时间10小时（以晚7点－晨5点 为例）

 

　　3、电池板预留最少20%

 

　　4、当地有效光照以日均4h计算

 

　　WP&pide;17.4V =（1.67A × 10h × 120%）&pide; 4 h

 

　　WP = 87W

 

　　实际恒流源损耗、线损等综合损耗在20%左右

 

　　电池板实际需求=87W × 120% = 104W

 

　　实际电池板需24V /104W，所以需要两块12V电池板共计：208W

 

　　综合组件价格：正片电池板208W，31元/瓦， 计 6448元

 

　　蓄电池300AH ，7元/AH 计：2100元

 

　　40W LED灯： 计：1850元

 

　　控制器（只） 150元

 

　　6米 灯杆 700元

 

　　本套组件 总计：11248元
二、40瓦方案配置二　　1、 LED灯，单路、40W，24V系统。

 

　　2、 当地日均有效光照以4h计算，

 

　　3、每日放电时间10小时，（以晚7点－晨5点 为例）通过控制器夜间

 

　　分时段调节LED灯的功率，降低总功耗，实际按每日放电7小时计算。

 

　　（例一：晚7点至11点100%功率，11点至凌晨5点为50%功率。合计：7h）

 

　　（例二：7：00－10：30为100%，10：30－4：30为50%，4：30－5：00为100%）

 

　　4、满足连续阴雨天5天（另加阴雨前一夜的用电，计6天）。

 

　　电流 = 40W&pide;24V

 

　　=1.67 A

 

　　计算蓄电池 =
1.67A × 7h ×（5+1）天

 

　　=
1.67A × 42h

 

　　=70 AH

 

　　蓄电池充、放电预留20%容量；路灯的实际电流在2A以上（加20%

 

　　损耗，包括恒流源、线损等）

 

　　实际蓄电池需求=70AH 加20%预留容量、再加20%损耗

 

　　70AH &pide; 80% × 120% = 105AH

 

　　实际蓄电池为24V /105AH，需要两组12V蓄电池共计：210AH计算电池板　　1、 LED灯 40W、 电流：
1.67A

 

　　2、每日放电时间10小时，调功后实际按7小时计算（调功同上蓄电池）

 

　　3、电池板预留最少20%

 

　　4、当地有效光照以日均4h计算

 

　　WP&pide;17.4V = （1.67A × 7h × 120%）&pide; 4 h

 

　　WP = 61W

 

　　实际恒流源损耗、线损等综合损耗在20%左右

 

　　电池板实际需求=61W × 120% = 73W

 

　　实际电池板需24V /73W，所以需要两块12V电池板共计：146W

 

　　综合组件价格：正片电池板146W，

 

　　蓄电池210AH

 

　　40W LED灯：

 

　　控制器（只）

 

　　6米 灯杆
三、40瓦方案三　　采用自带恒流、恒压、调功一体控制器降低系统功耗、降低组件成本。

 

　　（实际降低系统总损耗20%左右，以下以15%计算）

 

　　1、 LED灯，单路、40W，24V系统。

 

　　2、 当地日均有效光照以4h计算，

 

　　3、每日放电时间10小时，（以晚7点－晨5点 为例）通过控制器夜间

 

　　分时段调节LED灯的功率，降低总功耗，实际按每日放电7小时计算。

 

　　（例一：晚7点至11点100%功率，11点至凌晨5点为50%功率。合计：7h）

 

　　（例二：7：00－10：30为100%，10：30－4：30为50%，4：30－5：00为100%）

 

　　4、满足连续阴雨天5天（另加阴雨前一夜的用电，计6天）。

 

　　电流 = 40W&pide;24V

 

　　=1.67 A

 

　　计算蓄电池 =
1.67A × 7h ×（5+1）天

 

　　=
1.67A × 42h

 

　　=70 AH

 

　　蓄电池充、放电预留20%容量；路灯的实际电流小于1.75A（加5%

 

　　线损等）

 

　　实际蓄电池需求=70AH 加20%预留容量、再加5%损耗

 

　　70AH &pide; 80% × 105% = 92AH

 

　　实际蓄电池为24V /92AH，需要两组12V蓄电池共计：184AH计算电池板　　1、LED灯 40W、 电流：
1.67A

 

　　2、每日放电时间10小时，实际按7小时计算（调功同上蓄电池）

 

　　3、电池板预留最少20%

 

　　4、当地有效光照以日均4h计算

 

　　WP&pide;17.4V = （1.67A × 7h × 120%）&pide; 4 h

 

　　WP = 61W

 

　　实际线损等综合损耗小于5%

 

　　电池板实际需求=122W × 105% = 64W

 

　　实际电池板需24V /64W，所以需要两块12V电池板共计：128W

 

　　综合组件价格：正片电池板128W，31元/瓦， 计：3968元

 

　　蓄电池184AH ，7元/AH

 

　　40W LED灯：

 

　　控制器（只）

 

　　6米 灯杆