太阳能路灯设计方法

2012-5-6中国能源信息网

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摘要：...中的(dì)材料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o设计。 2.3.2抗风设计 在太阳能路灯体系中，构造上一个须要很是器重的题目就是抗风设计路灯。抗风设计重要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计太阳能。下面按以上两块分辨做剖析太阳。 ⑴太阳能电池组件支架的抗风设计 根据电池组件厂...

2.1太阳能电池组件选型
   设计请求：广州地域，负载输入电压24V功耗34.5W，天天工作(zuò)时数8.5h，包管持续阴雨天数7天。
   ⑴广州地域近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简略盘算广州地域峰值日照时数约为3.424h；
   ⑵负载日耗电量= = 12.2AH
   ⑶所需太阳能组件的总充电电流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A
   在这里，两个持续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件体系综(zōng)合丧失系数，0.85为蓄电池充电效力。
   ⑷太阳能组件的起码总功率数= 17.2×5.9 = 102W
   选用峰值输出功率110Wp、两块55Wp的尺度电池组件，应当可(kě)以包管路灯体系在一年大大都情形下的正(zhèng)常运行。
    2.2蓄电池选型
   蓄电池设计容量盘算比拟于太阳能组件的峰瓦数要简略。
   依据上面的盘算知道，负载日耗电量12.2AH。在蓄电池布满情形下，可以持续工作7个阴雨天(博燃网(www.gasshow.com)--中国燃气行业门户网站，历经十年发展，在业界深受大家喜爱。秉持着“全心全意为燃气服务”的宗旨和理念，将会不断发展，不断细化，从多方面提供相关信息。也欢迎业界人士积极投稿、咨询和查阅。010-64919527。)太阳能路灯设计方法，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量：
    12.2×（7+1）= 97.6（AH），选用2台12V100AH的蓄电池就可以知足请求了。
    2.3太阳能电池组件支架
    2.3.1倾角设计
   为了让太阳能电池组件在一年中接受到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择(zé)一个最佳倾角。
   关于太阳能电池组件最佳倾角题目的切磋，近年来在一些学术刊物上呈现得不少。本次路灯应用地域为广州地域，依据本次设计参考相干文献中的(dì)材料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。
    2.3.2抗风设计
   在太阳能路灯体系中，构造上一个须要很是器重的题目就是抗风设计。抗风设计重要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分辨做剖析。
   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巧参数材料，太阳能电池组件可以蒙受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），依据非粘性流体力学，电池组件蒙受的风压只有365Pa。所以，组件自己是完整可以蒙受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中要害要斟酌的是电池组件支架与灯杆的衔接。
   在本套路灯体系的设计中电池组件支架与灯杆的衔接设计应用螺栓杆固定衔接。
   ⑵路灯灯杆的抗风设计
   路灯的参数如下：
   电池板倾角A = 16o            灯杆高度= 5m
   设计拔取灯杆底部焊缝宽度δ = 4mm灯杆底部外径= 168mm
   
   焊缝地点面即灯杆损坏面。灯杆损坏面抵御矩W的盘算点P到灯杆受到的电池板感化荷载F感化线的间隔为PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆损坏面上的感化矩M = F×1.545。
   依据27m/s的设计最大答应风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。斟酌1.3的平安系数，F = 1.3×730 = 949N。
   所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
   依据数学推导，圆环形损坏面的抵御矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。
   上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。
   损坏面抵御矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）
              =π×（3×842×4＋3×84×42＋43）= 88768mm3
              =88.768×10－6 m3
   风荷载在损坏面上感化矩引起的应力= M/W
    = 1466/（88.768×10－6）=16.5×106pa =16.5 Mpa＜＜215Mpa
   此中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。
   所以，设计拔取的焊缝宽度知足请求，只要焊接质量能包管，灯杆的抗风是没有题目的。
    2.4把持器
   太阳能充放电把持器的重要感化是维护蓄电池。基本功效必需具备过充维护、过放维护、光控、时控与防反接等。
   蓄电池防过充、过放维护电压一般参数如表1，当蓄电池电压到达设定值后就转变电路的状况。
   在选用器件上，今朝有采取单片机的，也有采取比拟器的，计划较多，各有特色和长处，应当依据客户群的需求特色选定响应的计划，在此纷歧一胪陈。
    2.5概况处置
   该系列产物采取静电涂装新技巧，以FP专业建材涂料为主，可以知足客户对产物概况色(sè)彩及情况和谐一致的请求，同时产物自洁性高、抗蚀性强，耐老化，实用于任何天气情况。加工工艺设计为热浸锌的基本上涂装，使产物机能大大提(tí)高，到达了最严厉的AAMA2605.2005的请求，其它指标均已到达或跨越GB的相干请求。
    3、停止语
   整体设计基本上斟酌到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采取了今朝最通用的设计方式，设计思惟比拟科学；抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了剖析，剖析比拟周全；概况处置采取了今朝最进步前辈的技巧工艺；路灯整体构造简约而雅观；颠末现实运行证实各环节之间匹配性较好。
   
太阳能交换发电体系是由太阳电池板、充电把持器、逆变器和蓄电池配合构成；太阳能直流发电体系则不包含逆变器。为了使太阳能发电体系能为负载供给足够的电源，就要依据用电器的功率，公道选择各部件。下面以100W输出功率，天天应用6个小时为例，先容一下盘算方式：
1.起首应盘算出天天耗费的瓦时数(包含逆变器的损耗)：
若逆变器的转换效力为90％，则当输出功率为100W时，则现实须要输出功率应为100W/90％=111W；若按天天应用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。
2.盘算太阳能电池板：
按逐日有用日照时光为6小时盘算，再斟酌到充电效力和充电进程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。此中70％是充电进程中，太阳能电池板的现实应用功率。

太阳能路灯照明系统设计实例

一：首先计算出电流：
　　如：12V蓄电池系统； 30W的灯2只，共60瓦。
　　电流 ＝ 60W÷12V ＝ 5 A
　　二：计算出蓄电池容量需求：
　　如：路灯每夜累计照明时间需要为满负载 7小时（h）；
　　需要满足连续阴雨天5天的照明需求。（5天另加阴雨天前一夜的照明，计6天）
　　蓄电池 ＝ 5A × 7h ×（ 5＋1）天 ＝ 5A × 42h ＝210 AH
　　另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90％左右；放电余留20％左右。所以210AH也只是应用中真正标准的70％左右。

  确定了蓄电池的容量,再根据系统的要求和造价选择合适种类的蓄电池.目前采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池,胶体蓄电池和碱性镍镉蓄电池四种。国内目前被广泛使用的太阳能蓄电池主要是：铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池,这两类蓄电池因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大,所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能,但由于其价格较高,仅适用于较为特殊的场合。

三：计算出电池板的需求峰值（WP）：
　　路灯每夜累计照明时间需要为 7小时（h）；
　　★：电池板平均每天接受有效光照时间为4.5小时（h）；
　　最少放宽对电池板需求20％的预留额。
　　WP÷17.4V ＝ （5A × 7h × 120％）÷ 4.5h
　　WP÷17.4V ＝ 9.33
　　WP ＝ 162（W）
　　★ ：4.5h每天光照时间为长江中下游附近地区日照系数。
　　另外在太阳能路灯组件中，线损、控制器的损耗、及镇流器或恒流源的功耗各有不同，实际应用中可能在5％-25％左右。所以162W也只是理论值，根据实际情况需要有所增加。

确定了光伏板功率,可以根据系统的要求选择合适种类的光伏板.常见的太阳能光伏板有多晶硅电池和单晶硅电池.多晶硅电池片的平均转换效率达14.5%左右，单晶硅电池片的平均转化效率达16%左右

四  控制器的选择

　　控制器是整个路灯系统中充当管理者的关键部件，它的最大功能是对蓄电池进行全面的管理，好的控制器应当根据蓄电池的特性，设定各个关键参数点，比如蓄电池的过充点、过放点，恢复连接点及SOC放电控制等。在选择路灯控制器时，特别需要注意控制器恢复连接点参数，由于蓄电池有电压自恢复特性，当蓄电池处于过放电状态时，控制器切断负载，随后蓄电池电压恢复，如果些时控制器各参数点设置不当，则可能出现灯具闪烁不定，缩短蓄电池和光源的寿命。。控制器的好坏直接影响到太阳能系统的组件寿命以及整个系统的可靠性，控制器的选择遵循以下原则:
   4.1：应该选择功耗较低，充电效率高的的控制器，控制器24小时不间断工作，如其自身功耗较大，则会消耗部分电能,最好选择功耗在1毫安（MA）以下的控制器。

4.2：应该注重控制器对蓄电池等组件的保护功能，像具有涓流充电模式的控制器就可以很好的保护蓄电池，增加蓄电池的寿命，另外设置控制器欠压保护值时，尽量把欠压保护值调在 ≥ 11.1V ，防止蓄电池过放。
　 4.3: 控制器的防水，控制器一般装于灯罩、电池箱中，一般也不会进水，但在实际工程案例中 控制器端子的连接线往往因为雨水顺着连接线流入控制器造成短路。

五  光源的选择

光源的选型对于太阳能路灯来说是最关键的一步，目前针对太阳能路灯专用的光源较少，为减少有限能量的损失，光源尽量选直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、低压钠灯和LED光源。LED 作为半导体光源，其发展势头强劲，是太阳能路灯最为理想的光源，LED路灯光源是一款多功能、环保节能型路灯光源，适合在各种场合的照明使用。LED路灯驱动器是专门针对LED路灯系统所研发的产品，用于提供LED灯具稳定的电源。运用先进的电子电力技术，设计了高效率增强以及超节能脉波宽度调变（PWM）两种输出模式，配合时间控制，可以在需要的时候（上半夜天黑人多车多的时候）以高效率增强模式点亮LED灯具，提供良好的照明，而其它时间段（后半夜人车稀少的时候）则以超节能模式输出，节约蓄电池的电力的消耗LED灯做为太阳能路灯的照明，但是LED灯的质量层差不齐，光衰严重的LED半年就有可能衰减50％光照度。所以一定要选择光衰较慢的LED灯，或者选用无极灯、低压钠灯等

六  太阳能电池组件支架选择和设计
6.1倾角设计
    为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。

6.2路灯灯杆的抗风设计

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2700Pa。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365Pa。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。

  ⑵路灯灯杆的抗风设计应该满足路灯灯杆的抗风要求。