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太阳能路灯设计
2016/3/18 16:51:27分类:灯具应用

太阳能路灯由太阳能电池板(包括支架)、灯头、控制箱(内有控制器、蓄电池等)和灯杆、基础等几部分构成。太阳能路灯一般各自成供电系统,不与常规路灯供电网络连接。太阳能路灯系统主要有12V与24V两种。

一太阳能电池选择

l.类型

    太阳能电池将太阳能转换为电能。较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等三种。

1) 单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定.适合在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区使用;

2) 多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶硅低.适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用;

3)非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低,适合在室外阳光不足的地区使用。

 

2.工作电压

    太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的l.5倍,才能保证给蓄电池正常充电。如给6v蓄电池充电需要用8~9V

太阳能电池,给12V蓄电池充电需要用15~18V太阳能电池。给24V蓄电池充电需用33~36V太阳能电池。

3.输出功率Wp

太阳能电池的单位面积输出功率约127Wp/m2

太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成,其容量取决于照明光源、线路传输部件所消耗的总

功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜为光源功率的3~5倍以上:光照丰富、开灯时

短地区为(3~4)倍以上,反之为(4~5)倍以上。

4平均峰值日照时数 h 

太阳能电池输出功率Wp即是标准太阳光照条件下,欧洲委员会定义的10l标准,辐射强度1000W/m2,

大气质量AM1.5,电池温度252C条件下,太阳能电池的输出功功率。不同的时间,不同的地点,同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。所谓标准条件,接近平时晴天中午前后的太阳光照条件。

表——1 我国不同地区天阳光照条件

 

 

 

 

区域划分

丰富地区

比较丰富地区

可以利用地区

贫乏地区

年总辐射量(KJ/cm2.年)

≥580

500~580

420~500

≤420

地域

内蒙西部、甘肃西部、新疆南部、青藏高原

新疆北部、东北、内蒙东部、华北、陕北、宁夏、甘肃部分、青藏高原东侧、海南、台湾

东北北端、内蒙呼盟、长江下游、福建、广东、广西、贵州部分、云南、河南、陕西

重庆、四川、贵州、广西、江西部分地区

连续阴雨天数

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  年总辐射量与日平均峰值日照时数对应表

年辐射总量(KJ/cm2.年)

420

460

500

540

580

620

660

700

740

平均峰值日照时数(h)

3.19

3.50

3.82

4.14

4.46

4.78

5.10

5.42

5.72

 

5.太阳能池组选择和安装

    路灯杆一般在5m以上,重心较高.大部分太阳电池板都是悬挂式,为增强整套设备的抗风力,一般

选择多块太阳电池板组成所需要的组件功率。

表——3  我国主要城市年平均日照时间及最佳安装倾角

城市

纬度

最佳倾角(0

年平均日照时间(h)

城市

纬度

最佳倾角(0

年平均日照时间(h)

哈尔滨

45.68

+3

4.4

杭州

30.23

+3

3.42

长春

43.90

+1

4.8

南昌

28.67

+2

3.81

沈阳

41.77

+1

4.6

福州

26.08

+4

3.46

北京

39.8

+4

5

济南

36.68

+6

4.44

天津

39.10

+5

4.65

郑州

34.72

+7

4.04

呼和浩特

40.78

+3

5.6

武汉

30.63

+7

3.80

太原

37.78

+5

4.8

长沙

28.20

+6

3.22

乌鲁木齐

43.78

+12

4.6

广州

23.13

-7

3.52

西宁

36.75

+1

5.5

海口

20.03

+12

3.75

兰州

36.05

+8

4.4

南宁

22.82

+5

3.54

银川

38.48

+2

5.5

成都

30.67

+2

2.87

西安

34.30

+14

3.6

贵阳

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

拉萨

29.70

-8

6.7

合肥

31.85

+9

3.69

 

 

 

 

 

二.蓄电池选择

    蓄电池在有光照太阳能电池板所发出的电能储存起来,到夜晚需要照明的时候再释放出来。

    有厂家开发出不用蓄电池的太阳能路灯系统;太阳能电池组与电网并联.由控制电路进行切换.投资

少,运行和维修费用省,能耗少,系统运行稳定。适用于近市网的路灯.庭院灯.广告灯箱等。

  重点讨论有蓄电池的太阳能路灯系统.

1. 类型选择

1)铅酸(CS)蓄电池:适于低温高倍率放电,比能量偏低,目前大部分太阳能路灯采用。密封免维护,

价格低。注意防止铅酸污染,应逐步淘汰。

2)镍镉(Ni-Cd)蓄电池:放电倍率高、低温性能好,循环寿命长,小型系统采用。注意防止镉污染。

3)镍氢(Ni-H)蓄电池:高倍率放电,低温性能好,价格便宜,无污染,为绿色环保电池。小型系统采

用。要大力提倡.

  目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池,普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。

2.容量选择

蓄电池容量过小,不能满足夜晚照明的需要;容量过大,蓄电池始终处在亏电状态,影响蓄电池寿命,

也造成浪费。蓄电池容量(Ah)与负载容量(Ah)之比宜在3~6倍以上:连续阴雨天数较少地区约为3~4倍以上

,连续阴雨天教较多地区约为5~6倍以上。

3.蓄电池联结

并联连接时.要考虑各单体电池间的不平衡影响。并联组数不宜超过4组。注意蓄电池防盗。

 

三.控制器

    太阳能路灯的运行由控制器来控制。控制器大都实现了智能控制.控制器应具有以下功能:

1.路灯控制

  光控、时控、温控等功能供选择。具有调光(或半夜灯)功能.

2.蓄电池管理

  对蓄电池充放电条件加以限制,延长其使用寿命:

1) 防反充电控制:

2) 防过充电控制:

3) 防过放电控制;

4) 温度补偿。

 

3.自动保护

    太阳电池反接保护、蓄电池反接保护、蓄电池开路保护、夜间防反充保护、输出短路保护等。

4.数码显示

    显示太阳能路灯主要参教:蓄电池电压、太阳电池光伏电压等。

5.控制器电压

    控制器电压=蓄电池电压。

 

四.太阳能电池倾角设计

    太阳能电池倾角是指太阳能电池板平面与水平地面的夹角。

    太阳能电池组件倾角(指太阳电池板平面与地平面夹角)在技术界多有探讨。倾斜角度按所在地理位

置(纬度等)确定;将太阳能电池板正面正对太阳(或正南稍偏西),倾角与当地纬度一致既可.如条件允许·

太阳能电池板的倾角可随季节变化做出相应调整。

    我国主要城市的太阳能电池安装倾角参照“表——3”。

 

五.太阳能路灯抗风设计

 

1太阳能电池组件抗风设计

    根据最大风力的大小进行太阳能路灯抗风设计:

表——4  风力和风速对应关系

名称

最大风速(m/s)

风力(级)

名称

最大风速(m/s)

风力(级)

热带低压(TD)

10.8 ~17.1

6~7(底层中心)

台风(TY)

32.7 ~ 41.4

12 ~13

热带风暴(TS)

2 ~24.4

8~9

强台风(STY)

41.5 ~ 50.9

14 ~15

强热带风暴(STS)

24.5 ~ 32.6

10 ~11

超强台风(Super TY)

>51.0

≥16

 

注:摘自“GB/T 19201-2006”.

    、我南方沿海台风偏多,太阳能路灯灯杆至少应能抗12级台风,北方多数地区应能抗10级大风。

 

2.路灯灯杆的抗风设计

1) 太阳能组件:厂家应保证能承受当地的风速而不至于损坏,重点是电池组件支架与灯杆的连接。

2) 灯杆和基础;路灯灯杆和基础的抗风设计与电池板高度、面积、倾角及灯杆结构、当地最大风速等

有关,应由灯杆厂家或结构专业进行计算和设计,保证最大风速时太阳能路灯灯杆的稳定性。

 

六.太阳能照明主要光源和应用

    光源与太阳能系统有两种形式:

1) 太阳能立供电的HID灯电子镇流器(或称触发器,下同。):直接由蓄电池供电.实际上是DC/AC高额变换器.因此.太阳能路灯照明系统一般无需另加DC/AC逆变器,减少了电路损耗。此形式适合新建太阳能路灯工程。

2) 配传统HID灯电子镇流器:接于AC220市电电源.其电子镇流器本质上是AC/DC/AC高频变换器。如与太阳能系统连接,需在蓄电池与HID灯电子镇流器间增加DC/AC小功率逆变器。此形式适合路灯改造。

3) 应用;太阳能LED灯、HID灯、无极灯路灯功率多在70W以下.个别在lOOW以上.一般用在支路和人行道照明。小功率太阳能LED灯、节能灯用在草坪、景观照明。

 

七.防雷和接地

l.属安全电压

  太阳能路灯一般使用DCl2V或DC24V.属安全电压,不做电气保护接地.

2.防雷接地

1) 不可用路灯、太阳能电池板作为接闪器;

2) 用金属灯柱兼作接闪器和引下线:

3) 路灯基础钢筋笼在-0.50m以下其钢筋表面积太于0.37m2时,可作为防雷接地体。否则应增加人工接地极,接地电阻≤10欧.必要时将接地体连接。接地做法同一般路灯

4) 在路灯控制器内设置TVS(瞬态电压抑制)防雷保护.

 

 

太阳能路灯设计举例

倒:郑州市某道路人行道拟安装LED太阳能路灯.灯高5,路灯输入电压24V,功率70W,每天工作8.5h.

保证连续阴雨天数7天提供照明。试进行LED太阳能路灯设计.

1太阳能电池选择

1) 郑州市年平均日照时间:查“表——3”:4.04h。

2) 路灯日耗电:

  (70/24)*8 5=24.79(Ah)

3) 蓄电池组总充电电流:

  (24.79*1 05)/(4.04*0 85)=7.58(A)

    l.05为太阳能电池组件系统综合损失系数,O.85为蓄电池充电效率.

4) 太阳能电池组总功率t

  7.58*34.8=263.78(W)

  选择2块Pm=135W太阳能电池板并联.最佳工作电压34.8v.最佳工作电流3.88A.组件尺寸800*1580*50

(mm)。

 

2.蓄电池选择

  蓄电池容量: 7.58*(7+1)=60.64(Ah)

  选择24V一70Ah的免维护铅酸蓄电池。

3.控制器

    选择智能型控制器.根据郑州市路灯系统要求调整控制器参数,井对路灯蓄电池等进行保护

4.太阳能电池倾角

  青“表——3”,郑州市太阳能电池倾角:

  34.720+70=4I.720

  太阳能电池组方向正南稍偏西,与地平线倾角41.720

5.灯柱抗风设计

  尽量采用太阳能路灯成套产品,由厂家提供合格配套抗风灯柱实物和基础图纸。或由结构专业技术人员根据本地气候条件对灯杆和基础抗风进行设计或验证。