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1、第六篇 太阳能LED路灯设计,天津轻工职业技术学院,光伏发电技术及应用专业，电子信息与自动化学院,LED制造技术与应用,沈 洁,太阳能LED路灯设计,6.1 太阳能LED路灯概况 6.2 系统的配置和计算 6.3 太阳能电池板 6.4 蓄电池 6.5 控制器 6.6 造价，检验，施工,6.1. 结构和组成,分类（庭院灯，地坪等，路灯） 用途（主干道，次干道，支路，小区，二到四级公路，矿区工业区，偏远地区离网照明，广场，公园，新农村，旅游区）结构： LED灯具（15-120W，60-90lm/W，4500-7500K，Ra75-90） 驱动（恒流，数字, PWM和PFM） 太阳能电池板（单晶，多
2、晶，40W-300W） 储能蓄电池（铅酸蓄电池，镍碱蓄电池，磷酸鉄锂蓄电池） 控制器（单片机，比较器：电池板温度补偿，蓄电池过充过放保护，时间控制，防反接） 灯杆（太阳能电池板支架，灯头悬臂） 地基（防风） 蓄电池地埋箱（防水，透气，保温） 线材（损耗小，防水）,一. 太阳能LED路灯市场概况,1. 结构和组成 2. 客户抱怨 3. 典型产品配置和价格 4. 行业 5. 政策,2.客户抱怨,用户抱怨重点 A. 系统寿命 (LED驱动寿命电解电容，蓄电池)B. 亮度（系统功率，光衰，路面宽度，路面反光，灯杆高度，路灯排布）C. 连续阴雨天点亮天数,灯珠寿命5W-10W小时,电解电容3-5年（日本
3、红宝石5年）-数字恒流驱动技术,蓄电池寿命5年，温度升高10，寿命降低一半（透气防水地埋箱，减少高温影响，8-10年）,光衰（芯片质量，树脂荧光粉封装，散热设计,衬底-AlN陶瓷） 光斑（矩形，均匀） 线路损耗,3-7天（梅雨，汛期，沙尘暴，寒流降雪） 恒流驱动（数字驱动，节能20%，间歇供电（10K-100KHz），节能50%） 时间控制（智能控制，后半夜节能15%） 价格限制（提高配置）,中山市宇之源太阳能,影响LED路灯寿命的因素,3. 典型产品配置和价格,飞利浦 联合国千村计划 贵阳村庄 连续5天阴雨天 结合光控与时控,索尼 松下 欧司朗,Sanyo and Panasonics EV
4、ERLEDS street light technology is designed with high efficiency LED lights that uses solar cells and lithium-ion batteries to power the street light up to 15 hours every night for up to 10 years life span.,三洋，松下， EVERLEDS系列,Sanyo, Panasonic join forces to launch solar lithium-ion LED streetlight,95W
5、,中山市宇之源太阳能,全年可亮灯，抗阴雨天35天 技术特点： 1. 数字恒流驱动技术，无需电解电容 2. 透气防水地埋箱，减少高温影响，8-10年 3. 数字驱动，节能20%， 4. 间歇供电（10K-100KHz），节能50% 5. 智能时间控制，后半夜节能15%,杀虫灯 济南祥辰 LED功率：30W 电池板：单晶90W 蓄电池：120Ah 灯杆：h4.5*d89*mm，t2.5m 地基：50*50*100cm 价格：7500元,LED power： 120W Application：Highway Height：8m Brightness : 49 Lux. Distance from p
6、ole to pole： 45 meter With timer dimmer: F-3h，50%-5 h, F Battery: gel 4pcs Autarkic backup : 50 hours=5daysPrice：US $ 2,270 - 4,541 / Piece,Solar Street Light LED Kuwait 280 Watt,功率：100W 太阳能电池板：300W 蓄电池：400AH（铅酸，胶体） 高度：14m 价格：10K,嘉兴中电新能源 LED功率：75W,40CREE，35lux，6500K 电池板：单/多晶150W，17% 蓄电池：100Ah 灯杆：8m
7、工作时间：10h/d，6h全亮，4h节能，连续3个阴雨天,珠海麟盛电子科技有限公司,LED功率：5-10W 太阳能电池板：8W-25W 蓄电池:内置磷酸鉄锂电池 高度：3m 价格：1000-5000 特色：接市电，红外感应,高邮市亿佳能照明 5720元,比亚迪 锂电池,光源功率：1W 太阳能板：2.7W 锂电池：3.6AH 价格：480元,4. 行业,千讯行业研究 1.中国太阳能路灯行业发展研究报告 2. 中国太阳能路灯控制器行业发展研究报告 3.中国太阳能路灯蓄电池行业发展研究报告,芯片价格以每年约20%的速度下降太阳能电池板价格下降到2009年的30%, 半年前的50%，一年后可能会降到
8、4元/W左右锂电池价格为铅酸3倍，寿命为4倍（深循环） 价格每年以10%的速率下降（沃特玛）铅酸政策上没有优势，遭遇整顿,阿里巴巴 太阳能 LED路灯企业 生产厂家：2021家 诚信通企业会员534家，,5.政策,十城万盏 一 试点阶段(2009年) 二 示范阶段 (20102012年) 三 推广阶段 (20132015年),12年3月份财政部等三部委针对LED产品启动了2012年财政补贴推广项目招标工作，补贴比例约为采购价格的30%，总额过亿。中国环资工委将安排80亿元中央财政预算外资金采购400万盏LED高效道路照明产品，同时将带动不低于30亿元的地方配套资金，计划在全国范围内筛选出100
9、家LED光源研发生产企业作为供应商。券商： 下游照明应用厂商直接受益，中游封装和上游芯片厂商间接受益,千里十万 广东一千公里十万盏路灯,Scong wisdom,6.2 系统的配置和计算,1. 照明行业标准 2. 影响配置的因素 3. 灯的用途类别 4. 气象条件影响 5. 亮灯控制 6. 计算配置（太阳能跟踪器）,1.行业标准,CJJ_45-2006_城市道路照明设计标准,节能措施 6.2 照 明 控 制 本次修订标准时将开灯照度水平提高到15lx，关灯照度水平提高到30/20lx7.2.5普遍推行在深夜普遍降低路面亮度。居住区不宜： (1) 居住区夜间行人的安全和住户的安全极为重要； (2
10、) 该区的照度本来就不高，即使再行降低，节能效果也并不明显。 主要在主干路、次干路采取这一措施： 采用双光源灯具。深夜的交通流量小，关闭一支光源，既可以达到节能目的，又不影响路面亮度（或照度）均匀度。 也可以采用深夜能自动降低路灯光源功率的装置，如双功率镇流器或有载调压变压器等。 采用深夜关掉不超过半数灯具的办法，优点是简单使用，缺点是会道路路面亮度（或照度）均匀度降低。但不允许关掉道路纵向相邻的两盏灯具。,表27 公路照明标准推荐值 注：表中各项数值适用于干燥路面。,公路照明标准推荐值,广东省LED路灯地方标准解读-DB44/T 609-2009,清华大学深圳研究生院半导体照明实验室钱可元,
11、路面理想情况,路面实际情况如果灯具光效为90lm/W，则主干道需要125W， 次干道需要72W,路灯光源光通量的计算,2.影响配置的因素,a. 用途（功率）主干道，次干道，支路，小区，二到四级公路，矿区工业区，偏远地区离网照明，广场，公园，新农村，旅游区 b. 日照和气象条件（连续工作天数）高纬度和赤道地区，连续阴雨，梅雨，汛期，寒流 c. 亮灯控制（连续工作天数）半夜熄灯，降低亮度，间隔亮灯,灯的用途类别,城市道路照明 主干道 125W 次干道 75W 支路 15-30W 庭院，景观灯5W-30W,公路照明(二，三，四级公路)60-200W75lm/W的灯 60W 90W 120W 150W
12、,90lm/W的灯 50W 75W 100W 125W,日照时间和辐射量,亮灯控制,城市道路 11.5小时/天，晚上22点后，道路上车少人稀， 即便是繁华街道，午夜24点-清晨6点，也罕见行人和车辆。小型城市在夜晚9点后， 大中城市在午夜12点后，道路上几乎空无一人， 北京、上海、广州，凌晨2点以后，道路上也已罕见行人、车辆。,亮灯控制开灯照度水平提高到15lx，关灯照度水平提高到30/20lx,太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压2030，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。,系统负载的计算,计算配
13、置,正对曲线,计算太阳能电池板的功率和蓄电池容量：,设： 灯的功率为P灯 每天亮灯时间为T亮 灯工作电压为V工 控制器转换效率为A控转=0.95 某市日均辐射量R市 某市辐射量修正系数M修 太阳能板表面污染及蓄电池自损系数X损=0.9 太阳能电池板功率P板 太阳能充电电压V充 日消耗电能Q日 连续阴雨天D连 蓄电池容量C,则： 每天耗电能,太阳能电池板的功率,蓄电池容量,即,例如： 上海地区，30WLED，每天工作8小时，连续一星期阴雨天 得到：电池板功率P板=96W，再放20%余量120W 蓄电池容量：C=177AH,配置的计算,注：蓝色为阴雨天降到5天,配置原则：电池板多放余量，蓄电池容量
14、适中，保证电池每天充满，防止电池亏电导致电池寿命降低,LED10-15元/W， 太阳电池板5-6元/W, 蓄电池容量7.5-10元/AH,增加1WLED， 需增加电池板4W,22元 电池容量5AH，40元 总共62元,低光效：70lm/W，10元/W 高光效：90LM/W，15元/W 用高光效增加LED成本5元/W 但降低其余配置62元/W 所以应尽量使用高光效的光源,光效与配置的关系,比亚迪配置,实际考虑： 电池板每天都要有余量20%，确保充满电池 储能型铅酸蓄电池，每天用容量的30%，电池寿命最长 MCT充电模式使电量增加20% 不同用途对亮灯时间控制要求不同：路灯后半夜可以不亮或调低亮度
15、，但要求连续点亮天数；景观灯阴雨天可以不亮，庭院灯后半夜可以采用声控或者红外线。 冬季温度低，电池效率高，但日照时间短。夏季阳光强烈，日照时间长，但电池效率低。 夏季梅雨或汛期，冬季寒潮降雪 部分地区沙尘暴,如何尽量延长持续点亮时间（中山宇之源）水平面上太阳辐射量参照值的选取 要符合全年发电量盈亏平衡点。 选取点太低则虽然亮灯正常模式达标率提高，但光伏组件功率增大，成本增加。 选取点太高则亮灯正常模式达标率降低，路灯整体性能降低。 蓄电池长期工作在低电位，缩短蓄电池寿命，增加使用成本。 平衡点选取在亮灯正常模式达标率80-85%，有很好的性价比，且蓄电池寿命最佳性价比。,拉萨的年总辐射量是成都
16、的2.2倍，哈尔滨六月份的水平面上日均辐射量是十二月份的近5倍，要计算出太阳能路灯的光伏组件的峰值功率，首先确认工程地点的光伏组件倾斜面上的日均辐射量。,具体计算月平均太阳辐射量方法：HT=RH 其中：HT斜面上的太阳总辐射量 R倾斜面上月平均太阳辐射量与水平面上月平均太阳辐射量之比 H水平面上的太阳总辐射量,安装倾角,光伏组件的倾斜角， 根据经验取当地纬度5 方向正南或正南偏西 最好随季节调整或以冬季最佳倾角为准,蓄电池容量的选择,当放电深度小于30%时，蓄电池才有较好的循环寿命，但是上述条件是在充电容量为放电容量130%的情况下达到的，在太阳能路灯的实际使用过程中，蓄电池的充电条件是无法满足的，所以在设计每天蓄电池的放电深度必须小于30%。 根据多年实际测试数据显示，放电深度控制在13.5-16%是合理的，具体计算：Ah=Q/V. 其中：Ah为蓄电池容量，Q为灯具光源每天的耗电量，V为系统工作电压，为放电深度。,
