基本介紹
- 中文名：太陽能LED路燈
- 外文名：Solar LED street lamp
- 原因：地球資源的日益貧乏
- 太陽能：取之不盡、用之不竭
- 類型：安全、環保新能源
- 特徵：光效高等
簡介,設計思想,選型,LED光源,材 質,適用場所,特點,電池組件,太陽能,控制器,蓄電池,光源,其他,
簡介
全年亮燈，陰雨天氣有保障。
LED燈節能, 光效高, 單位W可以產生80LM甚至更高的光通量.
太陽能LED路燈以太陽光為能源，白天充電晚上使用，無需複雜昂貴的管線鋪設，可任意調整燈具的布局，安全節能無污染，無需人工操作工作穩定可靠，節省電費免維護。
太陽能LED路燈主要由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構成；太陽能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統的抗風設計非常有利；LED燈頭光源採用單顆大功率LED（30W－100W）作為光源，運用獨特的多顆晶片集成式單模組光源設計，選用進口高亮度晶片。
控制箱箱體以不鏽鋼為材質，美觀耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由於其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利於系統維護費用的降低；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本控制，實現很高的性價比。
設計思想
太陽能電池組件選型
設計要求：三門峽地區，負載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數8.5h，保證連續陰雨天數7天。
⑴ 三門峽地區近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經簡單計算長沙地區峰值日照時數約為3.424h；
⑵ 負載日耗電量 = = 12.2AH
⑶ 所需長沙光合太陽能組件的總充電電流= 1.05×12.2×（20+7）÷20÷（3.424×0.85）=5.9A
⑷ 光合太陽能組件的最少總功率數 = 17.2×5.9 = 102W
選型
蓄電池設計容量計算相比於太陽能組件的峰瓦數要簡單。
根據上面的計算知道，負載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量：12.2×（7+1） = 97.6 （AH），選用2台12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。
LED光源
材 質
適用場所
城市道路，人行道，廣場，學校，公園，庭院，居住區，廠區以及其他需要室外照明的場所。
特點
1、 採用自主智慧財產權封裝的單顆大功率LED（30W－100W）作為光源，運用獨特的多顆晶片集成式單模組光源設計，選用進口高亮度晶片；
2、首創散熱器與燈殼一體化設計， LED直接與外殼緊密相接，通過外殼散熱翼與空氣對流散熱，充分保證了LED路燈50000小時的使用壽命。 按照每天工作12個小時計算，其壽命也在10年以上，維護費用極低；
3、燈具表面進行了耐紫外線抗腐蝕處理，耐高溫發泡矽膠密封，有效防塵防水，整體燈具防護達到IP65等級；
4、採用單體橢圓鋁反射腔，配合多曲面真空鍍膜反射器，針對性地將LED發出的光控制在需要範圍內，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路燈節能優點。與傳統的鈉燈相比，可節電70%以上；
5、無不良眩光、無頻閃。消除了普通路燈不良眩光所引起的刺眼、視覺疲勞與視線干擾，提高駕駛的安全性；
6、啟動無延時，通電即達正常亮度，無須等待，消除了傳統路燈長時間的啟動過程；
7、綠色環保無污染：不含鉛、汞等污染元素，對環境沒有任何污染；
8、與太陽能結合是絕好搭檔，充分發揮LED直流低壓工作與節能環保的優點，太陽能光伏板與LED光源相結合，為客戶實現最佳性價比和高可靠性。
電池組件
1) 傾角設計
為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能儘可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。
關於太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，在一些學術刊物上出現得不少。本次路燈使用地區為長沙地區，依據本次設計參考相關文獻中的資料，選定長沙光合太陽能電池組件支架傾角為16o。
2)抗風設計
在太陽能路燈系統中，結構上一個需要非常重視的問題就是抗風設計。抗風設計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設計，二為燈桿的抗風設計。下面按以上兩塊分別做分析。 ⑴ 太陽能電池組件支架的抗風設計
依據電池組件廠家的技術參數資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風係數選定為27m/s（相當於十級颱風），根據非粘性流體力學，電池組件承受的風壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風速而不至於損壞的。所以，設計中關鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連線。
在本套路燈系統的設計中電池組件支架與燈桿的連線設計使用螺栓桿固定連線。
⑵ 路燈燈桿的抗風設計
路燈的參數如下：
電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m
設計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 的計算點P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為
PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。
所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
根據數學推導，圓環形破壞面的抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）。
上式中，r是圓環內徑，δ是圓環寬度。
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
風荷載在破壞面上作用矩引起的應力 = M/W
= 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 Mpa<<215Mpa
其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強度。
所以，設計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質量能保證，燈桿的抗風是沒有問題的。
太陽能
太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。基本功能必須具備過充保護、過放保護、光控、時控與防反接等。
蓄電池防過充、過放保護電壓一般參數如表
1)當蓄電池電壓達到設定值後就改變電路的狀態。
在選用器件上，目前有採用單片機的，也有採用比較器的，方案較多，各有特點和優點，應該根據客戶群的需求特點選定相應的方案。
2)表面處理
產品採用靜電塗裝新技術，以FP專業建材塗料為主，可以滿足對產品表面色彩及環境協調一致的要求，同時產品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用於任何氣候環境。加工工藝設計為熱浸鋅的基礎上塗裝，使產品性能大大提高，達到了最嚴格的AAMA2605.2005的要求，其它指標均已達到或超過GB的相關要求。
轉化原理
控制器
無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有路燈控制功能，具有光控、時控功能，並應具有夜間自動切控負載功能，便於陰雨天延長路燈工作時間。
蓄電池
由於太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池系統才能工作。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：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量儘量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關係。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20~30%，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。
光源
（2）低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價格貴，整個系統造高，採用較少。
（3）無極燈：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，壽命可以達到5萬小時，在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節能燈差不多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源220V輸出頻率、項位、電壓都是不能和普通市電相比的）。
其他
隨著傳統能源的日益緊缺，太陽能的套用將會越來越廣泛，尤其太陽能發電領域在短短 的數年時間內已發展成為成熟的朝陽產業。
1： 目前制約太陽能發電套用的最重要環節之一是價格，以一盞雙路的太陽能路燈為例，兩路負載共為60瓦，（以長江中下游地區有效光照4.5h/天、每夜放電7小時、增加電池板20%預留額計算）其電池板就需要160W左右，按每瓦30元計算，電池板的費用就要4800元，再加上180AH左右的蓄電池組費用也在1800左右，整個路燈一次性投入成本大大高於市電路燈，造成了太陽能路燈套用領域的主要瓶頸。
2：蓄電池的使用壽命也應該考慮在整個路燈系統套用中，一般的蓄電池保修三年或五年，但一般的蓄電池在一年、甚至半年以後就會出現充電不滿的情況，有些實際充電率有可能下降到50%左右，這必將影響連續陰雨天時期的夜間正常照明，所以選擇一款較好的蓄電池尤為重要。
4：控制器的選擇往往也是被工程商忽略的一個問題，控制器的質量層差不齊，12V/10A的控制器市場價格在100-200元不等，雖然是整個路燈系統中價值最小的部分，但它卻是非常重要的一個環節。控制器的好壞直接影響到太陽能路燈系統的組件壽命以及整個系統的採購成本，一：應該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時不間斷工作，如其自身功耗較大，則會消耗部分電能,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追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時期，MCT充電模式比其他高出20%左右的效率。三：應選擇具有兩路調節功率的控制器，具有功率調節的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關閉一路或兩路照明，節約用電，還可以針對LED燈進行功率調節。除選擇以上節電功能外，還應該注重控制器對蓄電池等組件的保護功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設定控制器欠壓保護值時，儘量把欠壓保護值調在 ≥ 11.1V ，防止蓄電池過放。
5： 距離市區較遠的地方還應該注意防盜工作，很多工程商因為施工疏忽，沒有進行有效的防盜，導致蓄電池、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產損失。工程案例中被盜居多為蓄電池，蓄電池埋於地下用水泥澆築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行焊接加固。
6: 控制器的防水，控制器一般裝於燈罩、電池箱中，一般也不會進水，但在實際工程案例中 控制器端子的連線線往往因為雨水順著連線線流入控制器造成短路。所以在施工時應該注意將 內部連線線彎成“U”字型並固型，外部連線線也可以固定為“U”型，這樣雨水就無法淋入造成 控制器短路，另外還可在內外線接口處塗抹防水膠。
7： 在眾多太陽能路燈實際套用中，很多地方的太陽能路燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天更為突出，除使用了質量較差的相關組件外，另一個主要的原因就是一味降低組件成本，不按需求設計配置，減小電池板和蓄電池的使用標準，所以導致在陰雨天路燈無法提供照明。以下提供太陽能電池板和蓄電池配置計算公式：
一：首先計算出電流：
如：12V蓄電池系統； 30W的燈2隻，共60瓦。
電流 = 60W÷12V = 5 A
二：計算出蓄電池容量需求：
如：路燈每夜累計照明時間需要為滿負載 7小時（h）；
（如晚上8：00開啟，夜11：30關閉1路，凌晨4：30開啟2路，凌晨5：30關閉）
需要滿足連續陰雨天5天的照明需求。（5天另加陰雨天前一夜的照明，計6天）
蓄電池 = 5A × 7h ×（ 5+1）天 = 5A × 42h =210 AH
另外為了防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右；放電餘留20%左右。
所以210AH也只是套用中真正標準的70%左右。
三：計算出電池板的需求峰值（WP）：
路燈每夜累計照明時間需要為 7小時（h）；
★：電池板平均每天接受有效光照時間為4.5小時（h）；
最少放寬對電池板需求20%的預留額。
WP÷17.4V = （5A × 7h × 120%）÷ 4.5h
WP÷17.4V = 9.33
WP = 162（W）
★ ：4.5h每天光照時間為長江中下游附近地區日照係數。
