太阳能路灯灯杆及支架的抗风设计原理
太阳能路灯的原理分析及设计思路
太阳能路灯的原理分析及设计思路摘要:本文主要介绍了太阳能路灯的基本原理，并基于其中的组件内容提出相应的设计思路，以期更好地使其发挥节能降耗的效果。
关键词:太阳能路灯；原理分析；设计思路1 引言随着社会和经济的发展，地球的资源日趋匮乏，能源和环境问题也成为了社会各界普遍关心的问题。
太阳能是一种新型的能源，它具有安全、环保、维护简单、资源永不枯竭等优点，由此将其应用于路灯照明工业中，将能够更好地凸显节能环保的效果。
2 太阳能路灯的基本组成和工作原理2.1 太阳能路灯的基本组成太阳能路灯主要由太阳电池组件、支架、光源、控制器、蓄电池或电控箱(内装控制器、蓄电池)、灯杆、灯具等几部分组成。
太阳能路灯的基本组成如图1所示。
图1 太阳能路灯的基本组成2.2 太阳能路灯的工作原理在白天，太阳能电池通过吸收太阳能的光子来产生电能。
经过控制器的处理，电池按照设置的工作方式进行充电。
在夜间或环境光线不好的情况下，蓄电池会将照明装置释放到光源上，从而使路灯发光。
在放电时间达到一定时间或环境光线强度大时，控制器会启动关闭蓄电池的电源，从而终止太阳能路灯的照明。
3 太阳能路灯的设计3.1 设计主要考虑参数3.1.1 经、纬度和当地气象资源通过对当地的纬度、纬度和当地的天气状况的了解，可以获得当地的平均温度、风向、每年的太阳辐射等信息，从而决定当地的太阳能电池装置的倾角、方位和防风设计。
3.1.2 光源的参数主要是光源的工作电压和功率。
这两个参数的大小直接影响着整个系统的参数设计。
3.1.3 工作时间也就是每个夜晚路灯所需的光照时间，是太阳能路灯系统中太阳能电池组件中最重要的参数。
通过测定工作时间，可以对日负荷的功率消耗和太阳能电池元件的充电电流进行初步的计算。
3.1.4 需要保持的连续阴雨天数太阳能路灯要在连续多云和多雨天气下依然进行正常工作，因此要考虑到连续的阴雨天气，这一因素不仅会影响到蓄电池的容量，还会对太阳能电池的总功率产生一定的影响。
剖析小区太阳能路灯设计工作原理
剖析小区太阳能路灯设计工作原理一、现代化住宅小区道路照明的需求介绍首先根据住宅小区不同日照情况加以分析：小区楼房多是小高层建筑，楼下路边采光不充分，不适合用太阳能路灯;室外娱乐休闲场所、健身广场和小区出入大门口阳光充足的地段可采用太阳能路灯。
现结合江苏省昆山市玫瑰湾住现代化宅项目对LED太阳能路灯的选用为题作为数据分析。
此住宅区内设有娱乐健身广场，按照住宅小区路灯规范，在广场两侧分别安装了5盏50W的LED太阳能路灯。
小区主出入口处设有4盏30W的高杆LED太阳能路灯。
二、LED太阳能路灯系统的组成和工作原理介绍1、组成系统主要是由太阳能电池组件部分（包括太阳能电极板）、太阳能控制箱（内有智能控制器、蓄电池组）、LED光源、灯杆和支架几部分组成。
2、工作原理太阳能系统工作原理：利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器把电能储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右，亮度感应控制器将触发充放电控制器，蓄电池对LED灯放电，蓄电池放电8-9小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。
充放电控制器的主要作用是保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。
三、LED太阳能路灯蓄电池选用LED太阳能路灯组件选型，需要计算蓄电池、电池板容量等参数，现结合本项目选用的50W和30W的LED太阳能路灯计算为例。
要求：负载输入电压24V蓄电池系统;功耗分别为50W和30W;小区路灯按物业安全管理要求，每天累计开启照明满载时间记为8.5小时;满足连续阴雨天5天的照明及阴雨天前一夜的照明需求，即考虑5天另加1天，共计6天的照明需;（一）计算蓄电池容量，选用蓄电池：蓄电池容量=（光源功率÷系统电池电压）×用电时间×（阴雨天数）×系统安全损耗系数（1.6～2.0）（1）计算蓄电池电流：选用24V蓄电池系统;50 W的LED灯：电流I=50W÷24V=2.08A选用24V蓄电池系统;30 W的LED灯：电流I=30W÷24V=1.25A（2）计算蓄电池容量需求：选用24V蓄电池系统;50 W的LED灯：蓄电池容量=2.08A×8.5h×6天=2.08A×51h =106.08AH选用24V蓄电池系统;30 W的LED灯：蓄电池容量=1.25A×8.5h×6天=1.25A×51h =63.75AH（3）蓄电池选择：经计算广场LED太阳能路灯选择24V，60Ah的免维护式铅酸蓄电池充电板2块并联，并联后电压24V，120Ah可以满足要求。
太阳能路灯原理图
太阳能路灯原理图：
太阳能路灯是以太阳能作为电能供给用来提供夜间道路照明，灯杆与电池组件一体化设计，具有抗风能力，内部采用智能化充放电和微电脑光、时控制技术。
太阳能路灯采用高效照明光源设计、具有亮度高、安装简便、工作稳定可靠、不敷设电缆、不消耗常规能源，使用寿命长等优点。
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。
灯高：10米
材质：钢管＋防腐处理＋热镀锌＋喷塑
太阳能电池组件：高效单晶硅功率：60－300W 光源：超高亮大功率 LED
功率：DC12V/24V，15W－100W 蓄电池：免维护铅酸蓄电池
控制系统：微电脑智能控制、防过充、过放、防潮、输出短路保护及光控＋时控自动开、关灯
使用环境：-30℃－60℃
照明时间：每天照明8－12小时，可连续照明5－15个阴雨天。
次性投入与常规路灯大体相当的建设经费后即可一劳永逸地利用取之不尽用之不竭的阳能提供稳定可靠的照明，有明显的经济效益。
回收成本周期3-5年，使用寿命15年-20年。
路灯灯杆的抗风设计
在太阳能路灯系统中，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2400Pa。
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477Pa。
风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。
根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为wp=0.5 ro v2(1)其中wp为风压［kN/m2］, ro为空气密度［kg/m3］, v为风速［m/s］。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro g,因此有ro=r/g。
在(1)中使用这一关系，得到wp=0.5r r r v2/g (2)此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 ［kN/m3］。
纬度为45°处的重力加速度g=9.8［m/s2, 我们得到wp=v2/1600 (3)太阳板受力面积为0.770*0.680m+0.770*0.680m即：太阳板所受风压=(27) 2(1600*0.77*0.68*2)=0.4771305kpa竝I77pa 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 =25 度灯杆高度= 8m设计选取灯杆底部焊缝宽度8 = 4mm灯杆底部外径二168mm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 = [8000+（168+6）/tan25]S in25 = 1545mm =1.545m。
所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M二F S.545。
太阳能路灯的设计思路与要点详谈
太阳能路灯的设计思路与要点详谈随着太阳电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能光伏发电的应用越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为光伏发电系统在国内的主要应用模式，被越来越多的所认识并接受。
编者通过对多家公司的太阳能路灯资料进行分析，发现很多人在太阳能路灯系统设计时考虑比较偏面，比如，对峰值时间的考虑、蓄电池容量的选择以及对连续阴雨天的理解等。
本文结合工作中的实际经验，对太阳能路灯的设计要点作进一步的探讨与分析。
1 太阳能路灯的基本结构及工作原理1.1 太阳能路灯基本结构太阳能路灯主要由太阳电池组件、组件、支架、光源、控制器、蓄电池、灯杆等几部分组成。
1.2 太阳能路灯的工作原理太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理，白天太阳电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存在蓄电池里，当夜幕降临或灯具周围光照度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电一直到设定的时间后切断。
2 路灯设计所需的数据2.1 通过已知太阳能路灯使用地来查找使用地的经度与纬度。
通过（中国不同倾斜面上太阳辐射数据库）来确定太阳电池组件的倾斜角与方位角及计算该地区的太阳能标准峰值日照时间。
2.2 路灯所选用光源的功率（W）。
光源功率的大小直接影响着整个系统的参数稳定性。
2.3 太阳能路灯每天晚上工作的时间（H）。
这是决定太阳能路灯系统中组件大小的核心参数，通过确定工作时间，可以初步计算负载每天的功耗和与之相应的太阳电池组件的充电电流。
2.4 太阳能路灯需要保持的连续阴雨天数（d）。
这个参数决定了蓄电池容量的大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳电池组件功率。
2.5 确定两个连续阴雨天之间的间隔天数D。
这是决定系统在一个连续阴雨天过后充满蓄电池所需要的电池组件功率。
3 太阳能路灯系统设计思路与要点太阳能光伏发电系统的基本原理相同，因而太阳能路灯的设计思路也可依据一般的太阳能发电系统，先确定光源的功率，每天的工作时间，保证几个阴雨天然后计算蓄电池的容量和太阳电池组件的功率。
灯杆基础抗风强度计算与路灯倾斜因素分析
灯杆基础抗风强度计算与路灯倾斜因素分析摘要：随着城市现代化的推进，金属杆路灯已取代了水泥杆路灯，其已成为了主流的道路照明设施，路灯线路也由架空线转向地埋电缆敷设。
建设地埋管线的金属杆路灯对路灯的基础施工有比较严格的强度要求，涉及到基础螺杆、基础混凝土本身强度、基础周围围土压实度等几个方面的安全性验算。
本文针对路灯基础螺杆的设计尺寸和设计强度进行安全性校验计算，同时对当前普遍存在的路灯倾斜原因进行系统分析。
关键词：城市照明抗风强度安全校验路灯倾斜在城市照明施工图设计中，通常会根据道路的等级、路面材料、结构形式、道路长度选定照明设计标准值包括平均照度、照度均匀度、功率密度、环境比等，根据这些标准值选定灯杆类型、光源类型和光源功率、布灯方式、设计间距、电缆类型等，然后通过平均照度的计算、功率密度的计算、线路压降的计算等验算是否达到照明设计标准，其中涉及到灯杆详细结构、基础配套设计、灯具配套设计等都是按照通用配套定制，这其中涉及的灯杆强度、基础强度、基础螺杆强度、地基土质等均没有做很详细的安全性校核。
本文针对路灯基础螺杆的强度进行受力分析并验算基础安全性，并对路灯施工中常见的灯杆歪斜原因进行分析。
<!--[if !supportLists]-->一、 <!--[endif]-->运行条件假设我们假定一套常规单弯臂路灯，灯高10米（灯具中心线到基础法兰平面的垂直高度），要求抗风等级为12级台风。
基础为无锡标准1.4米常规基础，灯杆法兰尺寸360*360mm，基础法兰尺寸410*410mm,基础螺杆为4*M20，螺杆中心距为?290mm，灯杆、基础螺杆均为Q235钢，灯杆底部外直径?180，顶部直径?68。
另假设灯杆无弹性变形，灯杆和基础混凝土本身均能满足12级台风极限下不发生变形或破坏的强度要求，灯杆法兰和基础法兰均能在极限条件下不发生变形破坏，基础基坑稳固。
灯杆和基础详细结构图如下：二、灯杆受力分析<!--[if !supportLists]-->1、<!--[endif]-->受力图简化根据材料力学分析，我们可以看出，灯杆在未发生倾斜前，基础法兰接触面上四个固定螺杆均承受了单一拉伸力，在灯杆发生倾斜后才会在基础螺杆上产山扭矩和剪力。
太阳能路灯的工作原理及设计
的将太 阳能能量 中的辐射转换 成路灯 需要的 电能 ， 或者将这种辐射 能量
转换到蓄 电池 中， 将其进行存储 。 太阳能 电池种类非常多， 其中应用最广 应用上选择可能性非 常大，本 身的特 点属性也具有非常大的应用潜力 。 节省路灯成本基础上 ， 还 能提升路灯 的光亮度 。并且这种 Ｌ Ｅ Ｄ光源类型 泛 也 是 性 价 比最 高 的 当 属 于 单 晶硅 太 阳 能 电池 、 多 晶 硅 太 阳 能 电池 种 类， 当然非 晶硅太 阳能 电池性价 比也非常高 。 在阳光充足期间， 一般都会
电池 ， 这种 太阳能 电池 自身的参数 比较稳定 ， 所 以在热 量吸收上也 非常 稳定 。对于非 晶硅太 阳能电池 一般都是应用在阳光不太充足期间， 非晶 硅 电池对阳光的要求低于其他 两种 电池类型 。 太阳能控制器属于太 阳能路灯 的重要 组成部分， 不管是太阳能灯具
属于什么类型 ， 都 需 要 太 阳 能 控 制 器 进 行 控 制 。太 阳 能 控 制 器 能 够 很 好 的 延 长 太 阳 能 蓄 电池 的应 用 寿 命 ，及 时 对 蓄 电池 中 的 电量 进 行 有 效 控 制 。合 理 改 善 太 阳 能 能 量 的浪 费 ， 并 且 能 够 自动 切 换 太 阳 能 的 能量 输 出 。 太 阳能 蓄 电 池 ， 太 阳 能蓄 电池 主 要 是 对 太 阳 能 的 能 量 进 行 存 储 ， 因 为 太 阳等在 不停的运动 ， 所 以一定要利用蓄 电池将其能量进 行存储 ， 太 阳 能 设 备 都 需 要 在 太 阳 能 蓄 电池 的 作用 下 才 能 工 作 。 太 阳 能光 源 主 要 是 针 对 太 阳 能 路 灯 需 要 应 用 哪 种 太 阳 能 能源 才 能
析。
灯杆基础抗风强度计算与路灯倾斜因素分析
灯杆基础抗风强度计算与路灯倾斜因素分析灯杆基础的抗风强度计算与路灯倾斜因素分析是灯杆设计中非常重要的一步，它直接关系到灯杆的稳定性和安全性。
下面将介绍灯杆基础抗风强度计算的方法和路灯倾斜因素的分析。
一、灯杆基础抗风强度计算的方法2.计算风力:根据设计风速和灯杆的高度、横截面积等参数，使用风力计算公式计算灯杆所受的风力大小。
常用的计算公式有：F=0.5*Cd*A*ρ*V^2，其中F为风力大小，Cd为阻力系数，A为灯杆横截面积，ρ为空气密度，V为风速。
3.计算倾覆力矩：根据风力的大小和灯杆的高度，通过计算转矩公式计算出灯杆的倾覆力矩。
常用的计算公式有：M=F*H，其中M为倾覆力矩，F为风力大小，H为灯杆高度。
4.判断倾覆稳定性：比较倾覆力矩和基础的抗倾覆能力，根据计算结果判断灯杆的倾斜状况。
一般情况下，倾覆力矩应小于基础抗倾覆能力，以确保灯杆的稳定性和安全性。
二、路灯倾斜因素的分析路灯倾斜是指灯杆因外力作用而发生倾斜的情况。
路灯倾斜的因素有很多，主要包括以下几点：2.灯杆高度和重心位置：灯杆的高度和重心位置都会影响灯杆的稳定性。
灯杆越高，其抗风能力越差；重心位置偏离灯杆中心线，也会导致灯杆容易倾斜。
3.灯杆基础的设计和施工质量：灯杆基础是灯杆稳定性的保证，基础的设计和施工质量直接影响灯杆的抗风能力。
如果基础设计不合理或施工质量差，灯杆容易发生倾斜。
4.灯杆材料：灯杆材料的选择也会对灯杆的稳定性产生影响。
通常情况下，采用高强度、轻质的材料可以增强灯杆的抗风能力。
综上所述，灯杆基础的抗风强度计算和路灯倾斜因素的分析对于保证灯杆的稳定性和安全性至关重要。
只有在进行严密计算和合理分析的基础上，才能设计出满足需求的灯杆基础，并确保灯杆在恶劣天气条件下不发生倾斜和倒塌。
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太阳能路灯灯杆及支架的抗风设计原理
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设计。
(1) 太阳能电池组件支架的抗风设计CHSM-045M太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2400Pa。
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2400Pa的1/7左右。
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，在设计中只考虑电池组件支架与灯杆的抗风要求。
支架采用30mm*30mm角铁加钢板焊接. 在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。
(2)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 =8度
灯杆高度= 6m
灯杆控制箱底部外径= 230mm(壁厚δ= 5mm )
高度为800mm ,灯杆体底部外径= 150mm(壁厚δ= 5mm ) ,
灯杆顶部外径= 130mm(壁厚δ= 5mm )。
根据27m/s的设计最大允许风速，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。
注:风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。
根据理论计算，打杆的抵抗矩W=88.768×10－6 m3
风荷载在灯杆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。
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