太阳能路灯设计方案计算方法及依据

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1、太阳能路灯设计 太阳能路灯设计 太阳能路灯由太阳能电池板(包括支架)、灯头、控制箱(内有控制器、蓄电池等)和 灯杆、基础等几部分构成。太阳能路灯一般各自成供电系统，不与常规路灯供 电网络连接。太阳能路灯系统主要有12V与24V两种。 一太阳能电池选择 l.类型太阳能电池将太阳能转换为电能。较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶 硅太阳能电池等三种。 1) 单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定适合在阴雨天比较多、阳光相对 不是很充足的南方地区使用； 2) 多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低适合在太阳光 充足、日照好的东西部地区使用； 3）非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光

2、不足的 地区使用。 2工作电压太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的l.5倍，才能保证给蓄电池正 常充电。如给6v蓄电池充电需要用89V 太阳能电池,给12V蓄电池充电需要用1518V太阳能电池。给24V蓄电池充 电需用3336V太阳能电池。 3.输出功率Wp 太阳能电池的单位面积输出功率约127Wpm 2 。 太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照明光源、 线路传输部件所消耗的总 功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜为光源功率的 35倍以上：光照丰富、开灯时 短地区为(34)倍以上，反之为(45)倍以上。 4平均峰值日照时数 h 太阳能电池输出功率Wp即是标准

3、太阳光照条件下，欧洲委员会定义的10l标 准，辐射强度1000W/m 2 , 大气质量AM1.5，电池温度25 2 C条件下，太阳能电池的输出功功率。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。所谓标准条件， 接近平时晴天中午前后的太阳光照条件。 表1 我国不同地区天阳光照条件区域划分 丰富地区 比较丰富地区 可以利用地区 贫乏地区 年总辐射量 （KJ/cm 2 .年） 580 500580 420500 420 地域 内蒙西部、 甘肃西部、 新疆南部、 青藏高原 新疆北部、东 北、内蒙东部、 华北、陕北、 宁夏、甘肃部 分、青藏高原 东侧、海南、 台湾 东北北端、内 蒙呼

4、盟、长江 下游、福建、 广东、广西、 贵州部分、云 南、河南、陕 西 重庆、四川、 贵州、广西、 江西部分地 区 连续阴雨天数 2 3 7 5 特征 年日照 3000h 百分率 0.75 年日照 24003000h 百分率0.6 0.7 年日照1600 2400h 百分率0.6 0.4 年日照 1600h 百分率0.4 表2 年总辐射量与日平均峰值日照时数对应表 年辐射总 量 （KJ/cm 2 . 年） 420 460 500 540 580 620 660 700 740 平均峰值 日照时数 （h） 3.19 3.50 3.82 4.14 4.46 4.78 5.10 5.42 5.72 5

5、太阳能池组选择和安装路灯杆一般在5m以上，重心较高大部分太阳电池板都是悬挂式，为 增强整套设备的抗风力，一般 选择多块太阳电池板组成所需要的组件功率。 表3 我国主要城市年平均日照时间及最佳安装倾角 城市 纬度 最佳倾 角（ 0 ） 年平均 日照时 间（h） 城市 纬度 最佳倾 角（ 0 ） 年平均 日照时 间（h） 哈尔 滨 45.68 +3 4.4 杭州 30.23 +3 3.42 长春 43.90 +1 4.8 南昌 28.67 +2 3.81 沈阳 41.77 +1 4.6 福州 26.08 +4 3.46 北京 39.8 +4 5 济南 36.68 +6 4.44 天津 39.10

6、+5 4.65 郑州 34.72 +7 4.04 呼和 浩特 40.78 +3 5.6 武汉 30.63 +7 3.80 太原 37.78 +5 4.8 长沙 28.20 +6 3.22 乌鲁 木齐 43.78 +12 4.6 广州 23.13 -7 3.52 西宁 36.75 +1 5.5 海口 20.03 +12 3.75兰州 36.05 +8 4.4 南宁 22.82 +5 3.54 银川 38.48 +2 5.5 成都 30.67 +2 2.87 西安 34.30 +14 3.6 贵阳 26.58 +8 2.84 上海 31.17 +3 3.8 昆明 25.02 -8 4.26 南京

7、32.00 +5 3.94 拉萨 29.70 -8 6.7 合肥 31.85 +9 3.69 二蓄电池选择蓄电池在有光照太阳能电池板所发出的电能储存起来，到夜晚需要照 明的时候再释放出来。有厂家开发出不用蓄电池的太阳能路灯系统；太阳能电池组与电网并 联由控制电路进行切换投资 少，运行和维修费用省，能耗少，系统运行稳定。适用于近市网的路 灯庭院灯广告灯箱等。重点讨论有蓄电池的太阳能路灯系统 1类型选择 1）铅酸(CS)蓄电池：适于低温高倍率放电，比能量偏低，目前大部分 太阳能路灯采用。密封免维护， 价格低。注意防止铅酸污染，应逐步淘汰。 2）镍镉(Ni-Cd)蓄电池：放电倍率高、低温性能好，循环

8、寿命长，小型 系统采用。注意防止镉污染。 3）镍氢(Ni-H)蓄电池：高倍率放电，低温性能好，价格便宜，无污染， 为绿色环保电池。小型系统采 用。要大力提倡目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池，普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电 池三种。 2容量选择 蓄电池容量过小，不能满足夜晚照明的需要；容量过大，蓄电池始终处 在亏电状态，影响蓄电池寿命， 也造成浪费。蓄电池容量(Ah)与负载容量（Ah）之比宜在36倍以上：连 续阴雨天数较少地区约为34倍以上 ，连续阴雨天教较多地区约为56倍以上。 3蓄电池联结 并联连接时要考虑各单体电池间的不平衡影响。并联组数不宜超过4组。 注意蓄电池防盗。 三控制器太阳能路灯的

9、运行由控制器来控制。控制器大都实现了智能控制控 制器应具有以下功能： 1路灯控制光控、时控、温控等功能供选择。具有调光(或半夜灯)功能2蓄电池管理对蓄电池充放电条件加以限制，延长其使用寿命： 1) 防反充电控制： 2) 防过充电控制： 3) 防过放电控制； 4) 温度补偿。 3自动保护太阳电池反接保护、蓄电池反接保护、蓄电池开路保护、夜间防反充 保护、输出短路保护等。 4数码显示显示太阳能路灯主要参教：蓄电池电压、太阳电池光伏电压等。 5控制器电压控制器电压=蓄电池电压。 四.太阳能电池倾角设计太阳能电池倾角是指太阳能电池板平面与水平地面的夹角。太阳能电池组件倾角(指太阳电池板平面与地平面夹角

10、)在技术界多有 探讨。倾斜角度按所在地理位 置(纬度等)确定；将太阳能电池板正面正对太阳(或正南稍偏西)，倾角与 当地纬度一致既可如条件允许 太阳能电池板的倾角可随季节变化做出相应调整。我国主要城市的太阳能电池安装倾角参照“表3”。 五太阳能路灯抗风设计 1太阳能电池组件抗风设计根据最大风力的大小进行太阳能路灯抗风设计： 表4 风力和风速对应关系 名称 最大风速 （m/s） 风力（级） 名称 最大风速 （m/s） 风力（级） 热带低压 （TD） 10.8 17.1 67(底层 中心) 台风（TY） 32.7 41.4 12 13 热带风暴 （TS） 2 24.4 89 强台风 （STY） 41

11、.5 50.9 14 15 强热带风暴 （STS） 24.5 32.6 10 11 超强台风 （Super TY） 51.0 16 注：摘自“GB/T 19201-2006”、我南方沿海台风偏多，太阳能路灯灯杆至少应能抗12级台风，北方 多数地区应能抗10级大风。2路灯灯杆的抗风设计 1) 太阳能组件：厂家应保证能承受当地的风速而不至于损坏，重 点是电池组件支架与灯杆的连接。 2) 灯杆和基础；路灯灯杆和基础的抗风设计与电池板高度、面积、 倾角及灯杆结构、当地最大风速等 有关，应由灯杆厂家或结构专业进行计算和设计，保证最大风速时太阳能 路灯灯杆的稳定性。 六太阳能照明主要光源和应用光源与太阳能

12、系统有两种形式： 1) 太阳能立供电的HID灯电子镇流器(或称触发器，下同。)：直接由蓄电池供 电实际上是DCAC高额变换器因此太阳能路灯照明系统一般无需另 加DCAC逆变器，减少了电路损耗。此形式适合新建太阳能路灯工程。 2) 配传统HID灯电子镇流器：接于AC220市电电源其电子镇流器本质上是 ACDCAC高频变换器。如与太阳能系统连接，需在蓄电池与HID灯电子镇 流器间增加DCAC小功率逆变器。此形式适合路灯改造。 3) 应用；太阳能LED灯、HID灯、无极灯路灯功率多在70W以下个别在lOOW以 上一般用在支路和人行道照明。小功率太阳能LED灯、节能灯用在草坪、 景观照明。 七防雷和接

13、地 l.属安全电压太阳能路灯一般使用DCl2V或DC24V属安全电压，不做电气保护接地 2.防雷接地 1) 不可用路灯、太阳能电池板作为接闪器； 2) 用金属灯柱兼作接闪器和引下线： 3) 路灯基础钢筋笼在-0.50m以下其钢筋表面积太于0.37m 2 时，可作为 防雷接地体。否则应增加人工接地极，接地电阻10欧必要时将 接地体连接。接地做法同一般路灯 4) 在路灯控制器内设置TVS(瞬态电压抑制)防雷保护 太阳能路灯设计举例 倒：郑州市某道路人行道拟安装LED太阳能路灯灯高5，路灯输入电压 24V，功率70W，每天工作8.5h 保证连续阴雨天数7天提供照明。试进行LED太阳能路灯设计 1太阳

14、能电池选择 1) 郑州市年平均日照时间：查“表3”：4.04h。 2) 路灯日耗电：(70/24)*8 5=24.79(Ah)3) 蓄电池组总充电电流：(2479*1 05)(404*0 85)=7.58(A）l.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，O85为蓄电池充电效率 4) 太阳能电池组总功率t7.58*348=263.78(W)选择2块Pm=135W太阳能电池板并联最佳工作电压34.8v最佳工作电流 3.88A组件尺寸800*1580*50 (mm)。 2蓄电池选择蓄电池容量: 7.58*(7+1)=60.64(Ah)选择24V一70Ah的免维护铅酸蓄电池。 3控制器选择智能型控制器根据郑州市路灯系统要求调整控制器参数，井对 路灯蓄电池等进行保护 4太阳能电池倾角青“表3”，郑州市太阳能电池倾角：3472 0 +7 0 =4I.72 0太阳能电池组方向正南稍偏西，与地平线倾角41.72 0 5.灯柱抗风设计尽量采用太阳能路灯成套产品,由厂家提供合格配套抗风灯柱实物和基础 图纸。或由结构专业技术人员根据本地气候条件对灯杆和基础抗风进行设计或 验证。