路灯基础图

路灯基础图

太阳能路灯基本设计方法初探(通为)

根据我公司多年来在通为地区进行太阳能路灯、LED灯、无极灯、庭院灯、草坪灯等的生产、制作、安装经验得出了一此在通为省各地安装太阳能产品的经验供通为地区从事太阳能产品的同行参考！

通为太阳能电池组件选型

通为太阳能设计要求：通为某地区，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陕西地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算广州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×÷（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、两块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。

通为太阳能蓄电池选型

蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。

根据上面的计算知道，负载日耗电量12.2AH。在蓄电池充满情况下，可以连续工作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的蓄电池就可以满足要求了。

通为太阳能电池组件支架

（ 1）通为太阳能倾角设计

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通为地区，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。

通为太阳能抗风设计

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通为太阳能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通为太阳能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。

通为太阳能控制器

通为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、时控与防反接等。

蓄电池防过充、过放保护电压一般参数如表1，当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态。

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。

通为太阳能表面处理

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。

通为太阳能路灯结束语

通为太阳能路灯整体设计基本上考虑到了各个环节；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方法，设计思想比较科学；抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环节之间匹配性较好。

通为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，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：

1. 通为太阳能首先应计算出每天消耗的瓦时数(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，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

2.计算通为太阳能太阳能电池板的方法：

按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑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，太阳能电池板的实际使用功率。

太阳能路灯基础知识

太阳能光伏产品的工作原理

太阳能光伏产品以太阳光为能源,白天通过太阳能电池组件接受太阳辐射,将光能转换成电能,并在控制器的管理下不断向蓄电池充电,使用时,控制器根据设定的程序将蓄电池中的电能释放出来向用电设备供电.加装带有保护装置的逆变器,即可具备向交流设备供电的功能.

太阳能光伏产品包括各钟太阳能灯,太阳能控制器,太阳能手电筒和太阳能发电系统.

关于用户关心的几个问题

1、如何选择太阳能灯的光源？

太阳能灯一般选用高效、节能的光源。目前应用在太阳能灯上的光源（灯泡）主要有：高效直流节能灯、超高亮半导体LED灯、无极电磁感应灯(LVD) 、低压钠灯（LPS ）和高压钠灯（HPS ）等。

目前太阳能草坪灯多选用LED 作光源；太阳能庭院灯一般采用LED 和12V直流节能灯作光源；太阳能路灯根据实际情况的需要，可在12V直流节能灯、低压钠灯、高压钠灯、无极电磁感应灯等多种光源中进行选择。

不管选用那种光源，其亮度与光源的功率有直接关系。同一种光源，其功率越大，亮度越高；功率越小，亮度越低。

2、太阳能灯晴朗天气下能照明多长时间？

太阳能灯的照明时间长短可以根据用户要求进行设定。对于同一地点来说，其与太阳能电池组件和蓄电池的选择配比有直接关系。在光源功率确定的前提下，选择太阳能电池组件功率和蓄电池容量越大，可以保证的照明时间越长，反之则缩短。标准的系统配置一般应保证每天5 ～10 小时的照明时间。

3、太阳能灯在阴雨天气下能使用多长时间？

太阳能灯在连续阴雨天的保证时间可以根据具体使用环境和客户要求进行设计的。通常，在遇到连续阴雨天气时，应满足不低于 2 天（每天5～10 小时）的照明时间。

4、光伏产品主要部件的使用寿命有多长？

太阳能电池组件、控制器、蓄电池、照明光源是太阳能灯具产品的四个主要部件，它们各自的使用寿命参考值如下表：

主要部件

太阳能电池组件

控制器

蓄电池

照明光源

参考寿命

25年

10年

3～5年

不同种类各异

5、如何比较光伏产品的性价比？

影响太阳能灯价格的主要因素是太阳能电池组件的功率和蓄电池的容量。高功率，大容量的配置，势必要支付较高的费用；反之，则可降低。太阳能电池组件和蓄电池可根据不同的使用要求组成不同的系统配置。因此，客户应根据实际情况需要，选择科学合理的配置方案，以获得较高的产品性价比。

与常规照明比较,太阳能灯的优劣势

优势（建议理由）

1 、可独立安装，无需挖沟、埋线、回填，节省施工费用；

2 、无需购置电力增容设备，节省相应配套设备的费用支出；

3 、太阳能灯具可实现全自动控制，无需人员管理，节省管理开支；

4 、向太阳索取能量，不使用常规电力能源，节省运行费用；

5 、维护简便，不会发生触电事故，使用安全。

劣势（选择顾虑）

1 、综合效能直接受当地日照强弱的影响，不能满足日照不足地区的安装需求；

2 、太阳能电池组件要接受太阳光直射而避开遮挡物，具体安装位置会受局限；

3 、在不考虑施工、运行、维护等费用的前提下，单盏灯的初期投资费用略高；

4 、如在灯杆上安装太阳能电池组件，则需考虑整体抗风强度，投资会略高于普通灯杆。

太阳能灯的器件选择与组成

在太阳能照明灯的设计中，涉及太阳能电池组件、蓄电池、充放电控制器、光源等多个环节，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。

一个太阳能灯由太阳能电池组件及支架、蓄电池、充放电控制器、光源、灯杆灯具、线缆和连接紧固辅件等六大基本部分组成。

一、太阳能电池

太阳能电池的利用光伏效应把太阳的光能转换成电能。对于硅电池来说，在标准条件下（光谱照度：100W/m 2 ,光谱：AM1.5 ，温度：25 ℃），它的开路电压为0.48 ～0.6V。将多个单体太阳能电池连接，并进行封装，可以构成不同面积、不同功率的太阳能电池组件，也可统称为太阳能电池板。单体太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。

太阳能电池于太阳幅照度的对数成正比，具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2mV ～3mV。

单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池是目前较常见、较实用的三种太阳能电池。

多晶硅太阳能电池的生产工艺相对简单，价格比单晶硅低。近年来，由于多晶硅太阳能电池技术的不断进步，其转换效率得到不断提高。单晶硅太阳能电池的效率比较高，但价格高于多晶硅太阳能电池。非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，可在室内阳光很弱的情况下使用。

目前太阳能电池的封装形式主要层压工艺和滴胶工艺有两种。采用层压工艺封装的太阳能电池可以保证25年以上的工作寿命，其工艺特性和使用寿命优于滴胶封装形式。

不管哪种太阳能电池都具有以下五大电性能：

1 、Isc ＝短路电流；

2 、Im ＝峰值电流；

3 、Voc ＝开路电压；

4 、Vm ＝峰值电压；

5 、Pm＝峰值功率＝（Im × Vm ）

（以上根据太阳能电池的外特性计算）

太阳能电池组件功率的选择

太阳能电池峰值功率是标准条件下（STC ）太阳能电池（组件）的输出最大功率，单位峰瓦，或用符号Wp 表示。（STC 即：欧洲委员会定义的101 标准，辐射强度1000W/m 2 ，大气质量AM1.5 ，电池温度25 ℃）

太阳能电池（组件）的输出功率取决于太阳幅照度、太阳光谱分布和太阳能电池（组件）的工作温度。在不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。并不向有些人想象的那样，只要有阳光就会有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在灯光下也可以正常使用。

按面积计算，每平米的太阳能电池的输出功率大约为120W；随着转换效率的提高，其输出功率也相应的增大。太阳能电池组件输出功率的选择，要根据太阳能灯的光源功率、使用时间和当地的气候地理条件等来确定。

太阳能电池组件安装倾角

由于我国南北纬度跨越较大，太阳能电池组件安装倾斜角度要随安装地区纬度的不同发生变化。一般情况下，长江以南地区的安装倾角在30度左右；长江以北地区的安装倾角在45 度左右；东北地区应在50 度左右。方向为正南方或偏西 5 度。

水平放置的太阳能电池，其输出功率将降低15% ～20% 。

太阳能电池组件的热岛效应

太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被树叶等遮挡物长时间遮挡，被遮挡的单片太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，甚至会造成整个太阳能电池组件损坏，这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，使太阳能电池表面不能附着遮挡物。

二、控制器

对任何一个太阳能照明系统来说，充放电控制电路的优劣将直接影响到系统应用的成败。由于太阳能光伏发电系统输入的能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通对蓄电池充电的控制要复杂。

一个性能良好的光伏控制器应具有控制蓄电池充放电、温度调节、最大功率跟踪和过充保护、过放保护、短路保护、反接保护等多种保护功能以及自动开关和时间调整功能。从而保证系统可靠运行，同时使太阳能电池组件可以在不同温度和辐照情况下智能输出最大功率，使照明系统具有很高的效率。

三、蓄电池

由于太阳能照明系统蓄电池的充电直接由太阳能电池提供，得到的能量极不稳定,所以要配置容量合理、性能可靠的蓄电池，以保证光伏发电系统的正常工作。

在太阳能光伏照明系统中，通常选用的是免维护铅酸蓄电池。

免维护铅酸电池是一种新型的蓄电池，它采用全密封方式，放电率高，特性稳定；无需加水；安装时简单，占地面积小，可水平和垂直安装；期望寿命一般为5 ～7 年。选择蓄电池容量的一般原则是：首先够满足夜晚照明要求,并能把白天太阳能电池组件产生的能量尽量存储下来，同时还能满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。

蓄电池容量过小不能满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，蓄电池长期处在亏电状态，缩短蓄电池寿命，同时也浪费不必要的投资。

四、光源负载

太阳能灯以节能环保为优势，负载应该节能、低耗、寿命长。半导体LED 灯、12V直流节能灯、低压钠灯、高压钠灯、无极电磁感应灯等都可以作为太阳能灯的光源。

目前太阳能草坪灯多选用LED 作为光源。LED 寿命可达100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。

太阳能庭院灯一般采用LED 光源和12V 直流节能灯。直流节能灯电压为直流，无需逆变，方便安全。

太阳能路灯根据实际情况需要，可在12V 直流节能灯、低压钠灯、高压钠灯、无极电磁感应灯等多种光源中进行选择。不管选用那种光源，其亮度与光源的功率有直接关系，也直接影响系统配置和投资费用。在相同照明时间条件下，光源功率越大，亮度越高，系统配置越大，费用越高；功率越小，亮度越低，系统配置降低，费用减少。

五、灯具和灯杆

灯具一般是指用于安装照明光源的部分，也就是通常所说的灯头；灯杆分为变径杆、锥形杆、组合杆等多种形式，并通过挑臂与灯具连接。

一般的灯杆、灯具都可作为太阳能灯的选择对象。如果采用在灯杆上直接安装太阳能电池组件的方案，需根据太阳能电池组件面积加工制作太阳能电池组件的支架，同时考虑灯杆的抗风强度问题。

灯具和灯杆的选择面较宽，一般满足实用、美观的要求即可。

六、线缆和连接紧固辅件

线缆用于连接太阳能电池组件、蓄电池、充放电控制器、光源等器件。线缆的线径标准随系统配置需要确定，线缆的长度随灯杆高度和器件安装位置确定。

连接紧固辅件用于固定各器件连线的输入、输出端子；固定灯杆及灯具。