太陽(yáng)能LED路燈電池組件

1) 傾角設(shè)計(jì)

為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，我們要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。

關(guān)于太陽(yáng)能電池組件最佳傾角問(wèn)題的探討，在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為長(zhǎng)沙地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料，選定長(zhǎng)沙光合太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。

2)抗風(fēng)設(shè)計(jì)

在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩塊分別做分析。 ⑴ 太陽(yáng)能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

依據(jù)電池組件廠(chǎng)家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽(yáng)能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng))，根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。

在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用螺栓桿固定連接。

⑵ 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

路燈的參數(shù)如下:

電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m

設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm

焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計(jì)算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線(xiàn)的距離為

PQ = [5000+(168+6)/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。

根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)最大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭長(zhǎng)沙光合太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。

所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。

根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。

上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。

破壞面抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)

=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768mm3

=88.768×10-6 m3

風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W

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

其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。

所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿(mǎn)足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。

LED光源的風(fēng)光企業(yè)比較多，但是因?yàn)槠髽I(yè)技術(shù)的良莠不齊，所以產(chǎn)品的性能也不同，特別是亮度及光衰、使用壽命區(qū)別比較大，下面就大功率LED燈具介紹給大家在選用相關(guān)產(chǎn)品時(shí)做參考。

真空鍍膜反射器;高純度鋁質(zhì)反射腔、燈殼及散熱體;高強(qiáng)度鋼化玻璃罩;大功率LED光源;高效率恒流源。

城市道路，人行道，廣場(chǎng)，學(xué)校，公園，庭院，居住區(qū)，廠(chǎng)區(qū)以及其他需要室外照明的場(chǎng)所。

1、 采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)封裝的單顆大功率LED(30W-100W)作為光源，運(yùn)用獨(dú)特的多顆芯片集成式單模組光源設(shè)計(jì)，選用進(jìn)口高亮度芯片;

2、首創(chuàng)散熱器與燈殼一體化設(shè)計(jì)， LED直接與外殼緊密相接，通過(guò)外殼散熱翼與空氣對(duì)流散熱，充分保證了LED路燈50000小時(shí)的使用壽命。 按照每天工作12個(gè)小時(shí)計(jì)算，其壽命也在10年以上，維護(hù)費(fèi)用極低;

3、燈具表面進(jìn)行了耐紫外線(xiàn)抗腐蝕處理，耐高溫發(fā)泡硅膠密封，有效防塵防水，整體燈具防護(hù)達(dá)到IP65等級(jí);

4、采用單體橢圓鋁反射腔，配合多曲面真空鍍膜反射器，針對(duì)性地將LED發(fā)出的光控制在需要范圍內(nèi)，提高了燈具出光效果的均勻性和光能的利用率，更能凸顯LED路燈節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的鈉燈相比，可節(jié)電70%以上;

5、無(wú)不良眩光、無(wú)頻閃。消除了普通路燈不良眩光所引起的刺眼、視覺(jué)疲勞與視線(xiàn)干擾，提高駕駛的安全性;

6、啟動(dòng)無(wú)延時(shí)，通電即達(dá)正常亮度，無(wú)須等待，消除了傳統(tǒng)路燈長(zhǎng)時(shí)間的啟動(dòng)過(guò)程;

7、綠色環(huán)保無(wú)污染:不含鉛、汞等污染元素，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染;

8、與太陽(yáng)能結(jié)合是絕好搭檔，充分發(fā)揮LED直流低壓工作與節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，太陽(yáng)能光伏板與LED光源相結(jié)合，為客戶(hù)實(shí)現(xiàn)最佳性?xún)r(jià)比和高可靠性。

蓄電池設(shè)計(jì)容量計(jì)算相比于太陽(yáng)能組件的峰瓦數(shù)要簡(jiǎn)單。

根據(jù)上面的計(jì)算知道，負(fù)載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿(mǎn)情況下，可以連續(xù)工作7個(gè)陰雨天，再加上第一個(gè)晚上的工作，蓄電池容量:12.2×(7+1) = 97.6 (AH)，選用2臺(tái)12V100AH的蓄電池就可以滿(mǎn)足要求了。

全年亮燈，陰雨天氣有保障。

LED燈節(jié)能, 光效高, 單位W可以產(chǎn)生80LM甚至更高的光通量.

顯色性好, 純白色的光線(xiàn), 全部為可見(jiàn)光.

另外最重要的一點(diǎn)是可以用直流驅(qū)動(dòng), 這點(diǎn)用在太陽(yáng)能上尤其重要, 因?yàn)樘?yáng)能發(fā)的電也是直流的, 可以省卻逆變器這一環(huán)節(jié)的成本和能量損耗.

太陽(yáng)能LED路燈以太陽(yáng)光為能源，白天充電晚上使用，無(wú)需復(fù)雜昂貴的管線(xiàn)鋪設(shè)，可任意調(diào)整燈具的布局，安全節(jié)能無(wú)污染，無(wú)需人工操作工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費(fèi)免維護(hù)。

系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分(包括支架)、LED燈頭、控制箱 (內(nèi)有控制器、蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成;基本組成

太陽(yáng)能LED路燈主要由太陽(yáng)能電池組件部分(包括支架)、LED燈頭、控制箱 (內(nèi)有控制器、蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成;太陽(yáng)能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利;LED燈頭光源采用單顆大功率LED(30W-100W)作為光源，運(yùn)用獨(dú)特的多顆芯片集成式單模組光源設(shè)計(jì)，選用進(jìn)口高亮度芯片。

控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用;控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱(chēng)為"免維護(hù)電池"，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低;充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備(具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)和反接保護(hù)等)與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性?xún)r(jià)比。

太陽(yáng)能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。基本功能必須具備過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。

蓄電池防過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表

1)當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。

在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)客戶(hù)群的需求特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案。

2)表面處理

產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專(zhuān)業(yè)建材涂料為主，可以滿(mǎn)足對(duì)產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時(shí)產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過(guò)GB的相關(guān)要求。

轉(zhuǎn)化原理

太陽(yáng)能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時(shí)獲得PV站的工作信息，又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù)，為評(píng)估PV系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽(yáng)能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制

太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈中的核心部分，也是太陽(yáng)能路燈中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)在眾多太陽(yáng)光電池中較普遍且較實(shí)用的有單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池及非晶硅太陽(yáng)能電池等三種。在太陽(yáng)光充足日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽(yáng)能電池為好，因?yàn)槎嗑Ч杼?yáng)能電池生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格比單晶低。在陰雨天比較多、陽(yáng)光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽(yáng)能電池為好，因?yàn)閱尉Ч杼?yáng)能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽(yáng)能電池在室外陽(yáng)光不足的情況下比較好，因?yàn)榉蔷Ч杼?yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光照條件要求比較低。

無(wú)論太陽(yáng)能燈具大小，一個(gè)性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，必須對(duì)它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過(guò)充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。同時(shí)太陽(yáng)能控制器應(yīng)兼有路燈控制功能，具有光控、時(shí)控功能，并應(yīng)具有夜間自動(dòng)切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長(zhǎng)路燈工作時(shí)間。

由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)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(mǎn)足夜晚照明的前提下，把白天太陽(yáng)能電池組件的能量盡量存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)滿(mǎn)足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過(guò)小不能夠滿(mǎn)足夜晚照明的需要，蓄電池過(guò)大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時(shí)造成浪費(fèi)。蓄電池應(yīng)與太陽(yáng)能電池、用電負(fù)荷(路燈)相匹配?？捎靡环N簡(jiǎn)單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽(yáng)能電池功率必須比負(fù)載功率高出4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽(yáng)能電池的電壓要超過(guò)蓄電池的工作電壓20~30%，才能保證給蓄電池正常負(fù)電。蓄電池容量必須比負(fù)載日耗量高6倍以上為宜。

太陽(yáng)能路燈采用何種光源是太陽(yáng)能燈具是否能正常使用的重要指標(biāo)，一般太陽(yáng)能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無(wú)極燈、DLED光源。

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

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

(3)無(wú)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(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，在太陽(yáng)能燈具上使用壽命大大減少和普通節(jié)能燈差不多(因?yàn)樘?yáng)能燈具都是方波逆變器，太陽(yáng)能電源220V輸出頻率、項(xiàng)位、電壓都是不能和普通市電相比的)。

隨著傳統(tǒng)能源的日益緊缺，太陽(yáng)能的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，尤其太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域在短短 的數(shù)年時(shí)間內(nèi)已發(fā)展成為成熟的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。

1: 目前制約太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用的最重要環(huán)節(jié)之一是價(jià)格，以一盞雙路的太陽(yáng)能路燈為例，兩路負(fù)載共為60瓦，(以長(zhǎng)江中下游地區(qū)有效光照4.5h/天、每夜放電7小時(shí)、增加電池板20%預(yù)留額計(jì)算)其電池板就需要160W左右，按每瓦30元計(jì)算，電池板的費(fèi)用就要4800元，再加上180AH左右的蓄電池組費(fèi)用也在1800左右，整個(gè)路燈一次性投入成本大大高于市電路燈，造成了太陽(yáng)能路燈應(yīng)用領(lǐng)域的主要瓶頸。

2:蓄電池的使用壽命也應(yīng)該考慮在整個(gè)路燈系統(tǒng)應(yīng)用中，一般的蓄電池保修三年或五年，但一般的蓄電池在一年、甚至半年以后就會(huì)出現(xiàn)充電不滿(mǎn)的情況，有些實(shí)際充電率有可能下降到50%左右，這必將影響連續(xù)陰雨天時(shí)期的夜間正常照明，所以選擇一款較好的蓄電池尤為重要。

3:一些工程商常選用LED燈做為太陽(yáng)能路燈的照明，但是LED燈的質(zhì)量層差不齊，光衰嚴(yán)重的LED半年就有可能衰減50%光照度。所以一定要選擇光衰較慢的LED燈，或者選用無(wú)極燈、低壓鈉燈等。

4:控制器的選擇往往也是被工程商忽略的一個(gè)問(wèn)題，控制器的質(zhì)量層差不齊，12V/10A的控制器市場(chǎng)價(jià)格在100-200元不等，雖然是整個(gè)路燈系統(tǒng)中價(jià)值最小的部分，但它卻是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)?？刂破鞯暮脡闹苯佑绊懙教?yáng)能路燈系統(tǒng)的組件壽命以及整個(gè)系統(tǒng)的采購(gòu)成本，一:應(yīng)該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時(shí)不間斷工作，如其自身功耗較大，則會(huì)消耗部分電能,最好選擇功耗在1毫安(MA)以下的控制器。二:要選擇充電效率高的控制器，具有MCT充電模式的控制器能自動(dòng)追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時(shí)期，MCT充電模式比其他高出20%左右的效率。三:應(yīng)選擇具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，具有功率調(diào)節(jié)的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時(shí)段可以自動(dòng)關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對(duì)LED燈進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。除選擇以上節(jié)電功能外，還應(yīng)該注重控制器對(duì)蓄電池等組件的保護(hù)功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設(shè)置控制器欠壓保護(hù)值時(shí)，盡量把欠壓保護(hù)值調(diào)在 ≥ 11.1V ，防止蓄電池過(guò)放。

5: 距離市區(qū)較遠(yuǎn)的地方還應(yīng)該注意防盜工作，很多工程商因?yàn)槭┕な韬觯瑳](méi)有進(jìn)行有效的防盜，導(dǎo)致蓄電池、電池板等組件被盜，不僅影響了正常照明，也造成了不必要的財(cái)產(chǎn)損失。工程案例中被盜居多為蓄電池，蓄電池埋于地下用水泥澆筑是一種有效防盜措施，在燈桿

上加裝蓄電池箱的最好將其進(jìn)行焊接加固。

6: 控制器的防水，控制器一般裝于燈罩、電池箱中，一般也不會(huì)進(jìn)水，但在實(shí)際工程案例中 控制器端子的連接線(xiàn)往往因?yàn)橛晁樦B接線(xiàn)流入控制器造成短路。所以在施工時(shí)應(yīng)該注意將 內(nèi)部連接線(xiàn)彎成"U"字型并固型，外部連接線(xiàn)也可以固定為"U"型，這樣雨水就無(wú)法淋入造成 控制器短路，另外還可在內(nèi)外線(xiàn)接口處涂抹防水膠。

7: 在眾多太陽(yáng)能路燈實(shí)際應(yīng)用中，很多地方的太陽(yáng)能路燈不能滿(mǎn)足正常照明需要，尤其在陰雨天更為突出，除使用了質(zhì)量較差的相關(guān)組件外，另一個(gè)主要的原因就是一味降低組件成本，不按需求設(shè)計(jì)配置，減小電池板和蓄電池的使用標(biāo)準(zhǔn)，所以導(dǎo)致在陰雨天路燈無(wú)法提供照明。以下提供太陽(yáng)能電池板和蓄電池配置計(jì)算公式:

一:首先計(jì)算出電流:

如:12V蓄電池系統(tǒng); 30W的燈2只，共60瓦。

電流 = 60W÷12V = 5 A

二:計(jì)算出蓄電池容量需求:

如:路燈每夜累計(jì)照明時(shí)間需要為滿(mǎn)負(fù)載 7小時(shí)(h);

(如晚上8:00開(kāi)啟，夜11:30關(guān)閉1路，凌晨4:30開(kāi)啟2路，凌晨5:30關(guān)閉)

需要滿(mǎn)足連續(xù)陰雨天5天的照明需求。(5天另加陰雨天前一夜的照明，計(jì)6天)

蓄電池 = 5A × 7h ×( 5+1)天 = 5A × 42h =210 AH

另外為了防止蓄電池過(guò)充和過(guò)放，蓄電池一般充電到90%左右;放電余留20%左右。

所以210AH也只是應(yīng)用中真正標(biāo)準(zhǔn)的70%左右。

三:計(jì)算出電池板的需求峰值(WP):

路燈每夜累計(jì)照明時(shí)間需要為 7小時(shí)(h);

★:電池板平均每天接受有效光照時(shí)間為4.5小時(shí)(h);

最少放寬對(duì)電池板需求20%的預(yù)留額。

WP÷17.4V = (5A × 7h × 120%)÷ 4.5h

WP÷17.4V = 9.33

WP = 162(W)

★ :4.5h每天光照時(shí)間為長(zhǎng)江中下游附近地區(qū)日照系數(shù)。

另外在太陽(yáng)能路燈組件中，線(xiàn)損、控制器的損耗、及鎮(zhèn)流器或恒流源的功耗各有不同，實(shí)際應(yīng)用中可能在5%-25%左右。所以162W也只是理論值，根據(jù)實(shí)際情況需要有所增加。