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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,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,多晶,4
2、0W-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(日本红
3、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 EVE
4、RLEDS 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 po
6、le to pole: 45 meter With timer dimmer: F-3h,50%-5 h, F Battery: gel 4pcs Autarkic backup : 50 hours=5days Price: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
8、到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,,Scong wisdom,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
9、套资金,计划在全国范围内筛选出100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,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30/20lx 7.2.5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
10、极为重要; (2) 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
11、明实验室 钱可元,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)60-200W 75lm/W的灯 60W
12、90W 120W 150W,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
13、以上为宜。,系统负载的计算,计算配置,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
14、置原则:电池板多放余量,蓄电池容量适中,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
15、不同:路灯后半夜可以不亮或调低亮度,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
16、最佳性价比。,拉萨的年总辐射量是成都的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