详述太阳能路灯的设计

　　随着地球资源的日益贫乏,基础能源的投资成本日益攀高,各种安全和污染隐患可谓无处不在,太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭的安全、环保新能源越来越受重视。同时,也随着太阳能光伏技术的发展和进步,太阳能灯具产品在环保节能的双重优势,太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模,太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。笔者就太阳能路灯设计的一点体会供同行参考。

　　二、太阳能路灯的组成

　　太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳。如输出电源为交流220V或110V,还要配置逆变器。

　　1、太阳能电池板：

　　太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分,也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充足日照好的东西部地区,采用多晶硅太阳能电池为好,因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区,采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好,因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。

　　2、太阳能控制器

　　无论太阳能灯具大小,一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充电放电条件加以,防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能,具有光控、时控功能,并应具有夜间自动切控负载功能,便于阴雨天延长路灯工作时间。

　　3、蓄电池

　　由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来,同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要,蓄电池过大,一方面蓄电池始终处在亏电状态,影响蓄电池寿命,同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷(路灯)相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。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20~30%,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。

　　4、光源

　　太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标,一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、DLED光源。

　　(1)低压节能灯：功率小,光效较高,但使用寿命2000小时,电压低灯管发黑,一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。

　　(2)低压钠灯：低压钠灯光效高(可达200Lm/w),但需逆变器,低压钠灯价格贵,整个系统造高,采用较少。

　　(3)无极灯：功率小,光效较高。该灯在220V(纯正弦波,频率50赫兹)普通市电条件下使用,寿命可以达到5万小时,在太阳能灯具上使用寿命大大减少和普通节能灯差不多(因为太阳能灯具都是方波逆变器,太阳能电源220V输出频率、项位、电压都是不能和普通市电相比的)。

　　(4)LED：LED灯光源,寿命长,可达1000000小时,工作电压低,不需要逆变器,光效较高,国产50Lm/w,进口80Lm/w。随着技术进步,LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。

　　5、灯杆及灯具外壳

　　灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距,道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料,在美观和节能之间,大多数都选择节能,灯具外观要求不高,相对实用就行。

　　三、太阳能路灯设计体会

　　1、道路照度与适用范围

　　根据《城市道路照明设计标准》的规定：快速路平均照度20lx,均匀度0.4,主干路平均照度15lx,均匀度0.35,次干路平均照度8lx,均匀度0.35,支路平均照度5lx,均匀度0.3。现投入使用的LED路灯,由于技术条件,LED功率偏小30~100w,光效50~80lx/w,道路照度较低,笔者做过测试,杆高8.5米,间距30米,光源2×50wLED灯,灯下照度19lx,两灯之间11lx,最暗处3.5lx。

　　以上数把为新安装灯具的初始照度值,故其照度是不能满足快速路与主干路。太阳能路灯宜在次干路、支路上使用,主要道路慎用。

　　2、照明时间

　　LED路灯每天的工作时间应同一般路灯的工作要求,设计应考虑冬天日照时间短时,其工作时间应能在12小时之上。由于LED灯受天气影响较大,如遇连续阴雨天就使LED灯缺乏电能而无法使用。国家现无规范对LED路灯在低辐照度(连续阴雨天)情况,允许最少工作时间没有做出规定,现一般根据灯具厂家和当地的气象情况,应在低幅照度(连续阴雨天)工作状况下工作在15~20天。在设计时应充分考虑太阳能电池板及蓄电池的容量。

　　3、防雷接地

　　LED路灯的工作电压一般为12V或24V,属安全电压,不做电气保护接地。但LED路灯金属灯杆应做防雷接地,接地电阻不大于10欧姆。