太陽能路燈工作原理與流程，太陽能路燈詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

　　在能源日益短缺、環(huán)境污染和環(huán)境保護(hù)越來越受重視的情況下，充分開發(fā)利用太陽能已成為當(dāng)前社會(huì)各界所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。太陽能路燈作為新能源的一種典型應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)的不少地區(qū)都有相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。太陽能路燈具有安裝后無需支付電費(fèi)、無需架設(shè)輸電線路或鋪設(shè)電纜、清潔環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，受到了相關(guān)方的青睞，在很多城市和鄉(xiāng)村都能看見以試驗(yàn)或示范形式出現(xiàn)的太陽能路燈。但目前太陽能路燈在應(yīng)用中也存在不少問題，隨著實(shí)際應(yīng)用的增多，接到用戶投訴和報(bào)修的問題也越來越多。

　　1　太陽能路燈系統(tǒng)組成及使用中存在的問題

　　太陽能照明系統(tǒng)可以分成3大類型，包括獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。獨(dú)立系統(tǒng)常見于居民區(qū)路燈、停車場(chǎng)標(biāo)志燈和電網(wǎng)公共照明系統(tǒng)，它們通常需要電池，有較高的存儲(chǔ)修復(fù)損耗和維護(hù)費(fèi)用。

　　太陽能獨(dú)立路燈系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載可分成交流型和直流型，如圖所示。目前由于主流燈具都是交流燈具，因此第1類太陽能照明系統(tǒng)應(yīng)用較多（如太陽能低壓節(jié)能燈） 。第2 類太陽能照明系統(tǒng)由于受目前光效、成本等因素影響，使用量還不大，但隨著今后技術(shù)的革新，其使用也會(huì)越來越多。無極燈太陽能路燈的系統(tǒng)組成。

　　在保證燈具在規(guī)定工作條件的情況下，系統(tǒng)配置的好壞主要看太陽能組件、路燈控制器、蓄電池之間的匹配與否。而根據(jù)目前太陽能路燈出現(xiàn)的問題和當(dāng)前的技術(shù)水平，存在的問題主要有2點(diǎn)：

　　（1）路燈在使用一段時(shí)間后，經(jīng)常幾天不工作;（2）設(shè)計(jì)蓄電池使用壽命在2～5年左右，實(shí)際蓄電池使用往往低于設(shè)計(jì)壽命，甚至不足1年。

　　2　問題分析

　　不少?gòu)S家在路燈配置時(shí)不關(guān)注各個(gè)地區(qū)日照的具體不同，只是經(jīng)驗(yàn)性地選配光伏組件，有時(shí)候?yàn)榱藵M足客戶低成本的要求，低配了太陽能組件，或者只考慮單日發(fā)電量與耗電的匹配，而沒有考慮蓄電池充電問題。

　?。?）路燈在使用一段時(shí)間后，經(jīng)常幾天不工作。

　　出現(xiàn)該問題的主要原因在于組件配置過低，也會(huì)有蓄電池配置過高的情況，但主要還是前者。連續(xù)幾天陰雨后，路燈系統(tǒng)蓄電池會(huì)過放，控制器會(huì)出現(xiàn)過放保護(hù)，此時(shí)如果太陽能發(fā)電量偏少，蓄電池電壓達(dá)不到控制器的恢復(fù)放電電壓，控制器與負(fù)載間一直斷電，組件容量過小或陰雨天過長(zhǎng)必然導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間不放電。因此在組件容量計(jì)算時(shí)需要考慮蓄電池充電時(shí)間問題，盡可能2～3天充滿。

　?。?）設(shè)計(jì)蓄電池使用壽命在2～5年左右，實(shí)際蓄電池使用往往低于設(shè)計(jì)壽命，甚至不足1年。

　　出現(xiàn)該問題的主要原因在于蓄電池配置或工作不當(dāng)。比如蓄電池容量相對(duì)于連續(xù)陰雨的天數(shù)偏小，或蓄電池工作時(shí)一直處于深度循環(huán)。其中第2種是主要原因。

　　有些廠家，為了減少出現(xiàn)上面問題，往往把控制器恢復(fù)放電電壓設(shè)置過小，導(dǎo)致蓄電池往往充電很少就又處于放電狀態(tài)，沒有很好利用蓄電池，減少了其使用壽命。

　　因此在控制器恢復(fù)放電的電壓設(shè)置上需要合理選擇。

　　3　系統(tǒng)優(yōu)化配置步驟

　　以下就配置及以上問題提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)和優(yōu)化方法。

　　以24V的40W無極燈為例，按每天使用小時(shí)數(shù)為8h、連續(xù)陰雨天4天要求，在鎮(zhèn)江應(yīng)用時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)毓庹眨ㄈ绫?）具體配置步驟如下：

　?。?）先確定蓄電池容量。

　　配置蓄電池時(shí)考慮放電深度0175、充放電效率0185及安全系數(shù)111等，根據(jù)負(fù)載估算蓄電池容量：

　　111 &TImes;40 &TImes;8 &TImes;4 ÷0185 ÷0175 ÷24 = 9211Ah此時(shí)實(shí)際選用2個(gè)12V /100Ah蓄電池串聯(lián)即可。

　　（2）初步配置太陽能組件。

　　在配置組件時(shí)參照當(dāng)?shù)厝照蛰椛淞?，選取合適的傾斜角，和并網(wǎng)發(fā)電不同，太陽能路燈應(yīng)保證最低日照月份輻射盡可能大，如表1 所示。此時(shí)傾斜角在30°，最低輻射在10月份，只有4113kWh /m2 /d，折算到標(biāo)準(zhǔn)日照強(qiáng)度1kW /m2 時(shí)為4113h /d。

　　考慮發(fā)電量會(huì)受方位角、灰塵、局部陽光遮擋、組件的光電轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)其他效率損失等影響，系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)平均發(fā)電效率按78%取值，同時(shí)考慮蓄電池系統(tǒng)效率問題。

　　光伏組件容量= 40 &TImes;8 ×111 ÷0185 ÷4113 ÷0178 = 12816Wp。此時(shí)如果以為組件130Wp 夠了，很可能出現(xiàn)上面連續(xù)幾天路燈不工作現(xiàn)象。

　?。?）優(yōu)化組件配置

　　考慮到路燈連續(xù)工作要求在4天，為了保證在連續(xù)4天放電后，能盡快恢復(fù)工作，組件容量需增大，縮短充滿電時(shí)間，如果當(dāng)?shù)剡B續(xù)4天陰雨的天數(shù)較多，則充電時(shí)間要控制在2天以內(nèi)。

　　以選用160Wp 組件為例，估算充電時(shí)間。充電效率在019～0195，取019。

　　平均蓄電池充電時(shí)間= 2 ×100 ×12 ×0175 / （019×0178 ×160 ×4145 ） = 316 天， 時(shí)間過長(zhǎng)。選取190Wp，此時(shí)充電時(shí)間在3 天左右。而240Wp 組件也需充電214天?？紤]成本等因素實(shí)際選擇190Wp組件。

　　從中可以看出在配置組件時(shí)不能只看單日耗電量，還要結(jié)合蓄電池容量來優(yōu)化配置。

　　（4）路燈控制器選擇及優(yōu)化

　　因?yàn)槁窡艄ぷ麟妷菏?4V，蓄電池串聯(lián)輸出額定電壓也是24V，所以控制器也應(yīng)該選擇24V額定工作電壓，其光伏組件的額定輸出電壓為34V。現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分控制器最大輸入電壓是額定工作電壓的2倍。因此對(duì)總?cè)萘繛?90Wp 的系統(tǒng)， 可以用2 塊ZXM095W18V - 12502組件（單晶硅太陽能電池）串聯(lián)構(gòu)成，其參數(shù)見表。如果單塊190Wp組件最大功率工作電壓在30～34V亦可選用。

　　此時(shí)串聯(lián)工作電壓= 3414V，最大輸出開路電壓= 4214V，短路電流= 5199A。因此控制器額定充電電流選用10A。

　　在控制器選擇時(shí)，還需要關(guān)注過充保護(hù)、恢復(fù)充電、過放保護(hù)、恢復(fù)放電電壓，如圖3所示。特別是針對(duì)恢復(fù)放電電壓，目前市場(chǎng)上24V控制器主要設(shè)置在25V以上，有些甚至是26V。就如前面分析的第1個(gè)問題，此時(shí)很可能出現(xiàn)太陽能路燈連續(xù)幾天不亮。

　　如果系統(tǒng)配置不合理，很可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間不工作，用戶很可能就以為路燈壞了，企業(yè)聲譽(yù)必然受到影響。因此對(duì)恢復(fù)放電電壓不能設(shè)置過高。

　　但同樣的，如果為了減少出現(xiàn)這種問題的機(jī)會(huì)，把恢復(fù)放電電壓設(shè)置過低，甚至低于23V，就如前面分析的第2個(gè)問題，很可能會(huì)出現(xiàn)使用壽命縮短的問題，特別對(duì)蓄電池更是如此。

　　針對(duì)控制器的這2個(gè)問題，為了兼顧平衡，可以設(shè)置多項(xiàng)恢復(fù)條件，而不再是固定的值。

4 工作原理

　　太陽能路燈工作原理是將太陽能提轉(zhuǎn)化為電能從而實(shí)現(xiàn)照明，路燈頂部是太陽能電池板又名光伏組件，白天這些多晶硅制成的光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池中，使太陽能路燈在智能控制器的控制下，太陽能電池板經(jīng)過太陽光的照射，吸收太陽能光并轉(zhuǎn)換成電能，白天太陽電池組件向蓄電池組充電。傍晚，通過控制器的控制將電能輸送給光源，為人們?cè)谝雇磉M(jìn)行照明。晚上蓄電池組提供電力給LED燈光源供電，實(shí)現(xiàn)照明功能。

　　太陽能路燈是通過太陽能進(jìn)行發(fā)電，所以沒有電纜線，不會(huì)發(fā)生漏電和其他的意外情況。直流控制器能確保蓄電池組不因過充或過放而被損壞，同時(shí)具備光控、時(shí)控、溫度補(bǔ)償及防雷、反極性保護(hù)等功能。無需鋪設(shè)線纜、無需交流供電、不產(chǎn)生電費(fèi)。

　　太陽能路燈的低碳環(huán)保、安全可靠等一系列的優(yōu)點(diǎn)，被廣大客戶認(rèn)可，從而得到了大力的推廣。因此，它可以廣泛應(yīng)用于城市主、次干道、小區(qū)、工廠、旅游景點(diǎn)、停車場(chǎng)等場(chǎng)所。

　　5　結(jié)束語

　　太陽能路燈是當(dāng)前國(guó)內(nèi)太陽能發(fā)電應(yīng)用的一個(gè)主要領(lǐng)域，特別在一些地區(qū)是作為太陽能利用的示范工程在做。其實(shí)際應(yīng)用的好壞將很大程度上影響今后光伏系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的推廣使用。因此作為光伏產(chǎn)業(yè)中的一員，我們需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)積累，綜合考量用戶的成本和系統(tǒng)的穩(wěn)定。

　　隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革新，新材料、太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率、蓄電池的性價(jià)比、中間控制轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的改善，成本必然會(huì)大大降低。