太阳能路灯系统

　　功率计算办法

　　太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要依据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天运用6个小时为例，引见一下计算办法：

　　1.首先应计算出每天耗费的瓦时数(包括逆变器的损耗)：若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实践需求输出功率应为100W/90%=111W;若按每天运用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

　　2.计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再思索到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实践运用功率

　　发电系统

　　太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或 110V，还需求配置逆变器。各局部的作用为：

　　(一)太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的中心局部，也是太阳能发电系统中价值最高的局部。其作用是将太阳的辐射才能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推进负载工作。太阳能电池板的质量和本钱将直接决议整个系统的质量和本钱。

　　(二)太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电维护、过放电维护的作用。在温差较大的中央，合格的控制器还应具备温度补偿的功用。其他附加功用如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

　　(三)蓄电池：普通为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能贮存起来，到需求的时分再释放出来。

　　(四)逆变器：在很多场所，都需求提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出普通都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需求将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因而需求运用DC-AC逆变器。在某些场所，需求运用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能(留意，不是简单的降压)。

　  太阳能路灯由以下几局部组成：太阳电池、蓄电池、控制逆变器、光控及计时器、发光体。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统，只需设定该系统的工作形式就会自动控制工作。控制形式普通分为三种：光控启动、光控关闭;计时控制启动和计时控制关闭;光控启动、计时控制关闭，我们普通选定该形式工作方式，灯在阳光低到设定值时传感控制启动灯工作，同时停止计时开端。当计时到设定时间时就中止工作。

本系统的太阳电池有两种作用：一、在白昼为蓄电池充电;二、做光控传感器，用RC元件的充电放电。我们普通采用18瓦或36瓦低压钠灯做为光源，由于其光效在光源中最高。

太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的进步和社会的不时开展，它将被普遍应用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。 

　　系统由太阳能电池组件局部(包括支架)、LED灯头、控制箱 (内有控制器、蓄电池)和灯杆几局部构成;太阳能电池板光效到达127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计十分有利;灯头局部以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。

　　控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用;控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低;充放电控制器在设计上统筹了功用完备(具备光控、时控、过充维护、过放维护和反接维护等)与本钱控制，完成很高的性价比。

　　1.2 工作原理引见

　　系统工作原理简单，应用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白昼太阳能电池板接纳太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器贮存在蓄电池中，夜晚当照度逐步降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电完毕。充放电控制器的主要作用是维护蓄电池。

　　2、系统设计思想

　　太阳能路灯的设计与普通的太阳能照明相比，根本原理相同，但是需求思索的环节更多。下面将以香港真明丽集团有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例，分几个方面做剖析。

　　2.1 太阳能电池组件选型

　　设计请求：广州地域，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 广州地域近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算广州地域峰值日照时数约为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×÷(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的规范电池组件，应该能够保证路灯系统在一年大多数状况下的正常运转。

　　2.2 蓄电池选型

　　蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。

　　依据上面的计算晓得，负载日耗电量12.2AH。在蓄电池充溢状况下，能够连续工作7个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量：

　　12.2×(7+1) = 97.6 (AH)，选用2台12V100AH的蓄电池就能够满足请求了。

　　2.3 太阳能电池组件支架

　　2.3.1 倾角设计

　　为了让太阳能电池组件在一年中接纳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讨论，近年来在一些学术刊物上呈现得不少。本次路灯运用地域为广州地域，根据本次设计参考相关文献中的材料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。

　　2.3.2 抗风设计

　　在太阳能路灯系统中，构造上一个需求十分注重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剖析。

　　⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计

　　根据电池组件厂家的技术参数材料，太阳能电池组件能够接受的顶风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s(相当于十级台风)，依据非粘性流膂力学，电池组件接受的风压只要365Pa。所以，组件自身是完整能够接受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要思索的是电池组件支架与灯杆的衔接。

　　在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的衔接设计运用螺栓杆固定衔接。

　　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

　　如图3，焊缝所在面即灯杆毁坏面。灯杆毁坏面抵御矩W 的计算点P到灯杆遭到的电池板作用荷载F作用线的间隔为PQ = [5000+(168+6)/tan16o]× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆毁坏面上的作用矩M = F×1.545。

　　依据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根本荷载为730N。思索1.3的平安系数，F = 1.3×730 = 949N。

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

　　依据数学推导，圆环形毁坏面的抵御矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。

　　上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。

　　毁坏面抵御矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)

　　=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768mm3

　　=88.768×10-6 m3

　　风荷载在毁坏面上作用矩惹起的应力 = 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请求，只需焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。

　　2.4 控制器

　　太阳能充放电控制器的主要作用是维护蓄电池。根本功用必需具备过充维护、过放维护、光控、时控与防反接等。

　　蓄电池防过充、过放维护电压普通参数如表1，当蓄电池电压到达设定值后就改动电路的状态。

　　在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比拟器的，计划较多，各有特性和优点，应该依据客户群的需求特性选定相应的计划，在此不逐个详述。

　　2.5 外表处置

　　该系列产品采用静电涂装新技术，以FP专业建材涂料为主，能够满足客户对产品外表颜色及环境谐和分歧的请求，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根底上涂装，使产品性能大大进步，到达了最严厉的AAMA2605.2005的请求，其它指标均已到达或超越GB的相关请求。

　　3、完毕语

　　整体设计根本上思索到了各个环节;光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计办法，设计思想比拟科学;抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了剖析，剖析比拟全面;外表处置采用了目前最先进的技术工艺;路灯整体构造简约而美观;经过实践运转证明各环节之间匹配性较好。