太阳能高效路灯

太阳能高效路灯（精选9篇）

太阳能高效路灯 篇1

0 引言

太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源, 它作为一种巨大的可再生能源, 每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油, 可以说是取之不尽、用之不竭的能源。

太阳能高效路灯主要由太阳能电池组件 (PV MODULE) 、储能蓄电池 (BATTERY) 、太阳能控制器 (SOLAR CONTROLLER) 、金卤灯镇流器 (RECTIFIER) 及陶瓷金卤灯 (HID) 等组成。

1 系统组成及工作原理

系统工作原理是:日照时利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出, 产生一定电压的充电电流, 通过太阳能控制器对储能蓄电池进行充电。夜晚时, 当日照光线照度减弱到一定程度, 太阳能电池板开路电压下降到设定值时, 太阳能控制器侦测到这一电压值后动作, 光控自动启动, 由蓄电池通过控制器向负载供电, 点亮陶瓷金卤灯。点亮陶瓷金卤灯, 必须配备相应的镇流器, 启动时先由触发器产生瞬间高压 (6KV) 点燃, 再由镇流器镇流维持负载正常工作。

太阳能控制器具有光控、时控与过充、过放保护功能, 可自动控制开灯、关灯, 并可设定时间, 定时开灯、关灯。过充、过放保护可有效地保护储能蓄电池进行正常充放电, 延长蓄电池的使用寿命。

太阳能高效路灯集成了太阳能与陶瓷金卤灯的优点。

2 产品主要构成

产品主要由太阳能电池组件部分、太阳能控制器、储能蓄电池和陶瓷金卤灯、灯杆构成。

2.1 太阳能电池光效达到127Wp/m2, 效率较高;

2.2 以35W陶瓷金卤灯作为发光源。陶瓷金卤灯是一种集金卤灯的良好光色性能和钠灯优秀的发光效率于一身的光源, 有如下特点:

(1) 光源寿命长, (9000~15000小时) ;

(2) 发光效率更高 (>90 lm/w) ;

(3) 寿命期间光色稳定性能好 (在+/-200K之间) , 并且光源之间的光色一致性更好;

(4) 具有3000K和4200K两种色温可供选择, 光源显色性好 (Ra 80~90) 。

2.3 太阳能控制器和储能蓄电池集中放置于控制箱内。太阳能控制器具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等功能。

2.4 太阳能控制器以单片机为核心处理芯片, 具有全方位、全自动、多功能、高效能的特点, 能满足太阳能高效路灯在各种条件下长久可靠的运行, 有以下特点:

(1) 太阳能控制器采用MPPT技术 (太阳能最大功率跟踪技术) , 可以使控制器在阴雨天或蓄电池深放电后, 能够获得相当增加1.3倍极板容量的电流。最大功率点跟踪 (MPPT) , 使得太阳能系统始终工作在功率输出的最大工作状态, 保证太阳能输出功率在任何光照条件下的最大化, 提高光电转化效率, 更能有效利用太阳能, 提高了整个系统的效率。

(2) 太阳能控制器根据蓄电池剩余容量 (SOC) 控制工作, 则每天晚上开灯时, 控制器的智能芯片按数学模型对蓄电池剩余容量进行计算, 根据SOC的大小, 自动调整点亮时间, 因而系统一直以最小工作负载工作, 这样可以使蓄电池尽快恢复到浮充状态, 有效的保护了蓄电池, 延长了蓄电池的使用寿命, 大大提高了系统的可靠性。

3 系统设计思想

太阳能高效路灯的设计与一般的太阳能照明相比, 基本原理相同, 但是需要考虑的环节更多。下面将以太阳能高效路灯为例, 分几个方面做分析。

3.1 太阳能电池组件选型

设计要求:无锡地区, 负载输入电压24V功耗40W (含镇流器) , 每天工作时数10h, 保证连续阴雨天数7天。

(1) 无锡地区近二十年年均辐射量106.5cal/cm2, 经简单计算无锡地区峰值日照时数约为5.48h;

(2) 负载日耗电量:16.7AH

(3) 所需太阳能组件的总充电电流=1.05×16.7÷ (5.48×0.85) =3.76A在这里, 两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天, 1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数, 0.85为蓄电池充电效率。

(4) 太阳能组件的最少总功率数=34.4×3.76=129.4W

选用峰值输出功率130Wp、单块65Wp的标准电池组件, 应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。

3.2 蓄电池选型

根据上面的计算知道, 负载日耗电量16.7AH。在蓄电池充满情况下, 可以连续工作7个阴雨天, 再加上第一个晚上的工作, 蓄电池容量:

6.7× (7+1) =133.6 (AH) , 选用2颗12V150AH的蓄电池就可以满足要求了。

3.3 太阳能电池组件倾角设计

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。

关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨, 近年来在一些学术刊物上出现得很多。本次路灯使用地区为无锡地区, 查阅相关文献中的资料, 选定太阳能电池组件支架倾角为35°。

3.4 太阳能控制器

太阳能控制器的主要作用是保护蓄电池, 其基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。在选用器件上, 本产品采用单片机智能控制技术。

4 结束语

整体设计基本上考虑到了各个环节;光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方法, 设计思想比较科学;经过实际运行证明各环节之间匹配较好。

太阳能高效路灯高性价比的特点是相当明显的, 使用绿色、环保、可再生能源, 一次投入, 长期受益。在城市广场、海滨浴场、高档的别墅区等照明工程上, 太阳能灯具将作为优选的灯饰灯具受到投资商的青睐。与太阳能的可再生、清洁无污染以及陶瓷金卤灯的环保节能相比, 常规化石能源日趋紧张, 并且使用后产生的排放对环境会造成了日益严重的污染。所以, 太阳能照明灯具作为一种新兴的户外照明产品, 将给我们带来无穷的生命力和广阔的市场前景

摘要：随着能源短缺和环境污染的日益严重, 各国都在寻求解决能源危机的办法, 太阳能这一可再生能源的利用, 使太阳能光伏技术得到了高速发展。本篇文章通过详细的数据分析介绍了太阳能高效路灯系统的工作原理和系统设计方法。

关键词：太阳能,太阳能高效路灯,系统工作原理,设计

参考文献

[1]李俊峰, 王仲颖主编, 《中华人民共和国可再生能源法解读》, 化学工业出版社[M].

[2]沈辉, 曾祖勤主编, 《太阳能光伏发电技术》, 化学工业出版社[M].

太阳能高效路灯 篇2

太阳能路灯购销合同

需方：

供方：

根据《中华人民共和国合同法》及有关规定，双方本着平等、自愿、公平、互惠互利和诚实守信的原则，就太阳能路灯购销安装的有关事宜协商一致，订立本合同，以便共同遵守。

1.商品名称、品牌、规格型号 1.1路灯外观及规格型号见下图

1.2每盏路灯详细配臵见下表 配置项目

1、太阳能电池板

2、免维护铅酸电池

3、灯具光源

4、智能控制器

5、灯杆及支架

6、基础预埋件

7、电池埋地箱

8、低耗电线

9、性能描述参数80W12V150AH40W10A12V8米∮18*650MM12V150AH*21.5M²数量2块1块1只1只1套1套2套材质单晶硅铅酸+ABS铝+LEDABSQ235钢质钢质ABS品牌南德台湾昱晶南德美国NPP南德台湾晶元南德南德南德南德35M铜芯+高绝缘胶珠江每天工作8小时，可储备3-5天工作电能售后保质整体保用3年 2.商品质量标准

2.1乙方所供商品必须符合国家标准和现行待业标准，并保证其各项指标达到国家规范要求，其安全性能符合国家标准要求。供货时需提供CCC认证证书和产品出厂合格证、检测报告等原始凭证及相关证明。

3.商品单价、数量、合同金额

3.1商品单价：8600元/套，此价格为含税、运输、装卸车、全部安装完成的综合单价。

3.2商品数量：共12套，结算时以实际安装数量为准。3.3合同金额：拾万零叁仟贰佰圆整（¥103200.00），其中：市级财政资金50000.00元，区级财政资金50000.00元，其它资金3200.00元。

4.安装地点 4.1********村。5.安装时间

5.1 2012年8月6日至2012年8月15日。6.安装调试

6.1供货方负责安装调试及相关费用，安装调试过程中所发生的一切损坏、丢失等皆由供方负责，需方不负任何责任。

7.验收方法

7.1依合同所定质量标准验收。8．付款方式

8.1合同生效后，财政从区以上国家资金中支付50000.00元，作工程预付启动资金，用于购臵工程材料，组织施工进场，通过市级验收后，再追拨国家资金的40%，留10%做质量保证金，其它资金由项目村筹集支付。

9．供方售后服务准则、维修承诺

9.1正常情况下因产品设计或生产的原因造成的产品部分或全部损坏，供方提供免费的维修服务，因产品已经使用的供方公司只免费提供产品在功能性的维修处理，不提供免费的外观维修处理。

9.2保用期限：供方承诺产品的售后质量保证期为整体保用3年，时间从竣工验收之日算起。

9.3质量保证金：按合同到位财政资金的10%预留，本工程财政部门从区以上国家资金中预留质量保证金10000.00元。一年后不出现质量事故，乙方提出退还保证金的书面申请，经甲方、主管部门签章后30天内，将财政部门预留的保证金一次性退还乙方。

9.4服务响应时间：在质保期内，若发生质量事故，乙方在接到修理通知之日后二天内到达现场，四天内修复故障，四天内不能修复的，采取提供备用品、备件等措施，以保证甲方正常使用，等维修配件到后再换回。

10．违约的认定及处理方式

10.1需方延付货款或付款后供方无货。使对方造成损失，应偿付对方损失。

10.2供方如提前或延期交货，供方应偿付需方损失。需方如不按交货期限收货或拒收合格商品，亦就偿付供方损失。

10.3供方所发货品有不合规格、质量等情况，需方有权拒绝付款（如已付款，应订明退款退货办法）。

10.4在产品验收合格后的安装或调试期间，产品质量及外观损坏由供方负责。安装调试，验收合格后，因需方工地人员人为损坏，由需方自担。

10.5需方必须协调好安装地点，由于没有协调好关系，造成供方损失，需方应偿付供方损失。

11．不可抗力

11.1当事一方因不可抗力不能履行合同时，应当及时通知对方，并在合理期限内提供有关机构出具的证明，可以全部或部分免除该方当事人的责任。

11.2合同执行期间，如因故不能履行或需要修改，必须经双方同意，并互相换文或另订合同，方为有效。

12．争议处理

12.1本合同在执行中发生争议，签订合同双方应积极友好协商解决，不能协商解决时，可向人民法院提出诉讼。

13．其他

13.1本合同经双方签字盖章后自动生效，一式肆份，具同等法律效力。

需方

供方

单位名称（盖章）：****************

单位名称（盖章）：

法定代表人（签字）：

法定代表人（签字）： 委托代理人（签字）：

委托代理人（签字）： 地址：

地址： 电话：0871-2721002

开户银行：

帐号：

电话：

二〇一二年八月

太阳能路灯和风光互补路灯 篇3

在城市郊区的道路, 路灯供电线路成本高, 线路损耗大, 而太阳能路灯和风光互补路灯不需要输电线路, 没有电能消耗, 有明显的经济效益。太阳能、风能照明技术是绿色照明的重要组成部分, 在条件允许的地区, 应推广使用太阳能路灯和风光互补路灯, 充分利用这2种新能源是可持续发展的能源战略决策。

欧洲、日本、美国等发达国家正在普及太阳能路灯和风光互补路灯。

1 太阳能路灯

太阳能路灯以太阳光为能源, 白天充电晚上使用, 无需复杂昂贵的管线铺设, 可任意调整灯具的布局, 安全节能无污染, 无需人工操作, 工作稳定可靠, 节省电费, 免维护。

1.1 太阳能路灯的结构

太阳能路灯是一个独立的照明系统, 该系统从太阳光中获取能量, 无需另外铺设电缆。太阳能路灯系统包括太阳能组件、蓄电池、灯负载及相关控制电路等。负载的类别决定照明效果, 其功率决定太阳能组件及蓄电池的选型。

(1) 太阳能组件。太阳能组件主要是指太阳能电池板。当太阳能电池板受到光的照射时, 能把光能转变为电能, 使电流从一方流向另一方。太阳能电池板只要受到阳光或灯光的照射, 一般就可发出相当于所接收光能1/10的电能。为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射, 将光能转变为电能, 一般在它的上面都蒙上一层防止光反射的膜, 使太阳能电池板的表面呈紫色。

(2) 蓄电池。太阳能路灯供电系统中, 蓄电池的性能好坏直接影响系统的综合成本及使用寿命, 一般采用的蓄电池为太阳能专用胶体蓄电池, 其使用寿命是普通铅酸免维护电池的3倍以上, 寿命可达5～8年, 有利于降低系统维护费用;充放电控制器具备光控、时控、过充电保护、过放电保护和反接保护等, 实现很高的性价比。

(3) 灯具光源。目前常用的太阳能灯具的光源有LED (发光二极管) 、节能灯、无级灯和低压钠灯4种。

(4) 控制电路。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统。控制模式分为光控和计时控制方式, 一般采用光控或光控与计时组合工作方式。灯在光照强度低于设定值时控制器启动灯点亮, 同时计时开始, 当计时到设定时间时就停止工作。根据光控或时控不同的要求, 蓄电池充电和放电的时间、放电的强度大小可以得到控制。

1.2 太阳能路灯的工作原理

太阳能路灯系统工作原理是:电路工作过程可简述为通过充电控制电路将太阳能储存到蓄电池组中, 负载再从蓄电池获取能量。由于蓄电池端输出直流电压, 因此对于交流负载需要逆变电路将直流转换为交流;对于直流负载, 虽然不需要逆变器, 但是为了达到恒流、恒压等控制, 往往需要DC/DC变换电路。

利用光伏效应原理制成的太阳能电池板, 白天接收太阳辐射能转化为电能输出, 经过充放电控制器储存在蓄电池中。夜晚当照度逐渐降低、太阳能电池板开路电压为4.5V左右时, 充放电控制器动作, 蓄电池对灯头放电。灯亮8.5～12小时后, 充放电控制器动作, 熄灯。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池及控制开灯、熄灯时间。

可根据使用地每日需照明的时间、需保证照明的最大天数以及所用光源等情况, 由用电负荷来设计蓄电池的大小, 根据日照时间调整确定连续照明时间。也就是说, 只要不是天气出现异常, 太阳能路灯大多能有效运行, 即使连续5～7天的阴雨, 太阳能路灯储备的电量基本可维持正常工作。

1.3 太阳能路灯的应用

(1) 合肥市皖绿新能源科技有限公司太阳能路灯应用。由安徽省合肥市皖绿新能源科技有限公司与中国科技大学、中科院合肥分院研发、生产的太阳能LED路灯于2006年向投入市场。此灯经纳米高吸附材料处理, 经久耐用, 使用寿命为20年, 价格也与普通灯具相当。这种太阳能灯每日正常照明时间为8～10小时, 只需晒一天太阳, 就能保证供电5～7天, 即使连着下7天雨, 太阳能灯也能正常照明。

(2) 北京凌云光伏科技有限公司太阳能路灯应用。北京凌云光伏科技有限公司生产的太阳能路灯, 2006年应用于青海省囊谦县城太阳能路灯工程、北京陆航学院太阳能路灯工程、北京乡村旅游道路太阳能路灯工程, 2007年出口到印度尼西亚应用于太阳能路灯工程。太阳能路灯配置如表1所示。

(3) 太阳能景观灯。由于城市景观照明规划的滞后, 城市景观照明建设中片面追求高亮度, 大功率高压气体放电灯的大量使用, 对人们视觉环境产生的光干扰和光污染问题已经开始显现。这不仅浪费能源, 还影响市民的娱乐、健康、交通安全。因此, 景观照明规划要有绿色照明的理念, 采用高效照明产品和多种照明方式, 达到经济、安全、保护环境的目的。

江苏无锡规模最大的太阳能路灯电站在太湖新城落成并投入使用。该系统由太阳能电池组件部分 (包括支架) 、LED灯头、控制箱 (控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器) 和灯杆几部分构成。太阳能电池板光效达到127W/m2, 效率较高, 对系统的抗风设计非常有利。灯头部分以1W～5W白光LED和1W～5W黄光LED集成于印刷电路板上, 排列为一定间距的点阵作为平面发光源。

在太湖新城市民广场周围的立德道、清舒道、观山路上, 看见所有的路灯杆顶端都盛开着一朵硕大的“向日葵”。这批新型的太阳能路灯是与市电互补型的。市区中心大厦东南侧的绿树丛中, 有12组巨大的太阳能发电板方阵。这12组太阳能板发的电, 被通到一个“小房间”里, 这里储备着电池, 夜晚再把储藏的电能分配到附近尚贤河一期绿地的113套路灯及沿湖地埋灯上使用。仅这套系统, 一年就可节电37960kWh, 折算成标准煤大约是13664kg。

2 风光互补路灯

风光互补路灯是集环保和节能为一体的产品, 随着全球常规能源短缺情况的加剧, 风能和太阳能这种清洁可再生的自然能源的利用将会普及, 风光互补路灯代表着未来路灯的发展方向。

2.1 风光互补路灯的结构

风光互补路灯系统主要由风力发电机、太阳能电池板、风光互补系统控制器、蓄电池和电容器混合储能装置、LED路灯、卸荷电路等部分组成。

(1) 风力发电机。风力发电机主要分为2类:水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机风轮的旋转轴与风向平行, 而垂直轴风力发电机的旋转轴垂直于地面或者气流方向。垂直轴风力发电机在风向改变时无需对风, 在这点上相比水平轴负力发电机是一大优势, 能减少风轮对风时的陀螺力, 在低风速运转时的发电量也比较大。垂直轴风力发电机又分为阻力型和升力型2种, 升力型垂直轴风力发电机的效率比阻力型的高得多。近年来, 又推出了全永磁悬浮风力发电机。

(2) 太阳能电池板。太阳能电池是通过光电效应将光能转换成电能的装置。

(3) 风光互补控制器。风力发电机发出的三相交流电经三相整流电路后, 送入降压斩波电路。降压电路能使整流电路输出的不稳定直流电压转换成稳定的直流电压, 给混合储能装置充电。当混合储能电路达到负力发电机卸载电压值时, 使负力发电机卸载, 以保护负力发电机。同时, 停止对混合储能装置充电。当混合储能装置降至负力发电机卸载恢复电压时, 断开卸载负荷电路, 恢复充电。

(4) 蓄电池及超级电容器混合储能。风光互补发电系统受气候等自然条件的影响大, 其发电输出功率不稳定, 间隔性大, 因此, 电能的储存显得十分重要。

超级电容器是一种双电层电容器, 是一种新型储能器件, 具有充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、超低温特性好等特点。蓄电池通过双向功率变换器与超级电容器相并联。当太阳能电池和风力发电机发电的功率很大时, 超级电容器储存大部分电能, 并在系统输出功率低时释放电能。当负载功率发生脉动时, 超级电容器及时输出电流, 使蓄电池的充电过程不受影响, 延长蓄电池的使用寿命。

(5) 光源。风光互补光源可采用LED灯、无极灯等, 如果采用LED灯, 可选100多个发光二级管阵列作为光源。

2.2 风光互补路灯的选择

(1) 风力发电机选择。风光互补路灯的选择中, 最关键是选择风力发电机。风力发电机的选择有2个要求:一是要求风力发电机运行平稳, 因为风光互补路灯的灯杆是无拉索塔, 最担心因风机运行时的振动引起灯罩和太阳能支架的固定件松脱;二是要求风机的造型要美观, 重量要轻, 以减小塔杆的负荷。

采用MUCE垂直轴风力发电, 其优点为:故障率低 (转速慢、无转向机构) ;无噪音;发电曲线饱满 (启动风速低、在中低风速运行时发电量较大) ;不受风向及近地面团风的影响;抗台风能力较强 (抗风能力达到45m/s) 。

(2) 供电系统的最佳配置。保证路灯的亮灯时间是路灯的重要指标, 风光互补路灯作为一个独立供电系统, 从路灯光源的选择到风力发电机, 太阳能电池及储能系统容量的配置都有一个最佳配置设计的问题, 需要结合安装路灯地点的自然资源条件来进行系统最佳容量配置的设计。

(3) 灯杆的强度。担心风光互补路灯的风车和太阳能电池板会被风吹落到公路上伤及车辆和行人。实际上, 风光互补路灯的风车和太阳能电池板的受风面积远小于公路指示牌和灯杆广告牌, 而且, 路灯的强度应按抗12级台风的标准设计, 保证安全上不出问题。

要根据选定的风力发电机及太阳能电池的容量及安装高度要求, 结合当地的自然资源条件进行灯杆强度的设计, 确定合理的灯杆尺寸和结构形式。

(4) 风光互补路灯配置示例。垂直轴风力发电和太阳能电池板以10∶3的配比进行设计。例如10米高路灯配置:灯笼型垂直轴风力发电机—300W;太阳能电池板—75W;灯杆高度—10m;灯泡—80W无极灯;蓄电池—100AH免维护;亮灯时间—10h/d;

2.3 风光互补路灯的应用

(1) 湖南省应用。益阳市中心城区高新大道56基风光互补路灯每天只需晒晒太阳、吹吹风, 夜晚就能照亮大道, 每年可节电9万kWh。风光互补路灯节能环保备受亲睐, 益阳市立波路88基风光互补路灯也已经投入使用。

长沙五合垸浏阳河风光带推出长沙首条全长1.5km的风光互补路灯带。随着全永磁悬浮风力发电机生产基地在益阳投产, 风光互补路灯供电系统将得到推广应用。

(2) 其他城市应用。天津市南开区梅苑路使用的风光互补路灯, 每盏路灯的头顶都顶着1只有3个叶片的小风车, 在其下面1m多的地方, 托举着1块太阳能电池板。白天, 小风车和太阳能电池板将风能和太阳能转化为电能, 储存到埋在地下的蓄电池里, 晚上自动给路灯供电。

上海崇明岛上的工业园区内、观光大道上以及前卫村中, 安装的风光互补路灯已经有200多盏;江西南昌滕王阁景区、海南海口市南海大道均安装了风光互补路灯。

宁波风神风电科技有限公司生产, 也是我国出口的第一套风光互补新能源发电系统在马来西亚槟城的土地上矗立起来。马来西亚MAYANG公司在东盟博览会上看中了“风神”, MAYANG公司派人到宁波考察, 当他们看到东钱湖旅游度假区湖小线路上的58盏风光互补路灯后决定购买这个系统。

广州红鹰能源科技有限公司风光互补路灯早在2004年就已研发成功, 但目前也只应用在“东钱湖”、“鄞州投资创业中心”、“春晓油田”等地方。

目前风光互补路灯市场还没有真正打开, 人们不仅担心风光互补路灯的风力发电机和太阳能电池板会被风吹落到公路上伤及车辆和行人, 受天气影响亮灯时间不保证, 还普遍认为其造价高无法投入应用。“示范工程策略”是到目前为止最有效的推广方式。通过示范工程, 让更多的人了解风光互补路灯并改变传统观念, 定将取得事半功倍的效果。

太阳能路灯专利申请 篇4

说

明

书

LED太阳能路灯

所属技术领域：

本实用新型涉及太阳能光伏发电技术和LED照明技术的LED太阳能路灯装置，尤其用于城市、街道、厂区等各种环境。背景技术：

近年来随着太阳能光伏发电技术和LED照明技术的发展，太阳能LED路灯已进入了城市照明领域。LED作为照明光源与传统的照明光源相比具有直流低电压驱动、耗电量少、抗振动、寿命长、纳秒级的响应速度、设计空间大、环保、可连续开关闪断，能轻松实现 0～100%调光功能等优点，被认为是新一代的绿色照明设备。太阳能LED路灯是以取之不尽的太阳能作为能源，通过太阳在光的作用下转化为电能，太阳能作为一个不污染环境，太阳能—本世纪人类的主要能源之一。每个路灯均是独立的，安装方便，无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光控定时控制，安全可靠、节能、经济、环保，实用。发明内容：

系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、光源、控制箱（内有控制器）等几部分构成；太阳能电池板光效效率较高，对系统的抗风设计非常有利； 蓄电池箱做地埋式设计，美观耐用、方便更换；蓄电池箱内放置免维护铅酸蓄

电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式免维护铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。要解决的技术问题：

1、太阳能电池板的选择

目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率约为15%，最高达到24%，是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，技术也最为成熟。使用寿命一般可达15a，最高可达25a。多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池的光电转换效率要降低不少，其光电转换效率约12%，同时多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率偏低，目前国际先进水平约为10%，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减，直接影响了其实际应用。所以目前多采用单晶硅太阳能电池。

2、蓄电池的选取

蓄电池的容量要根据太阳能电池板的功率和LED路灯的功率以及照明时间来决定，蓄电池应与太阳能电池、LED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高出负载功率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蓄电。因此，蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。本实用新型的有益效果：

太阳能照明灯具无需电费，太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是低压产品，运行安全可靠。

太阳能照明安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性为市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。不足１平方米的光伏电池板每年可发电２００余度；一个５６Ｗ的ＬＥＤ节能灯，相当于１５０Ｗ的高压钠灯，每天应用６个小时的话，一年才用１２０度电。二者倘若结合应用，电力消耗仅为传统路灯照明光源的十分之一。

我国照明用电量已占总用量的１２％。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，照明节电已成为节能的重要方面。目前的照明节能潜力很大，一般节能方案均能达到节约２０％～３５％，按保守的数量采取２０％的计算，全国节约的电能价值非常巨大。而太阳能ＬＥＤ照明的推广应用，让“绿色照明”实现了新的跨越。附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

具体实施方式：

系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、光源、控制箱（内有控制器）等几部分构成；太阳能电池板光效效率较高，对系统的抗风设计非常有利； 蓄电池箱做地埋式设计，美观耐用、方便更换；蓄电池箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式免维护铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。

太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

说

明

书

附

图

权 利 要 求 书

1、LED太阳能路灯充电及控制器使用了单片机和专用软件，实现了太阳能直流路灯智能控制；具有纯光控模式，光控开启定时延时关闭模式，通用控制器模式。

2．根据权利要求1所述的LED太阳能路灯，其特征是：具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；高效PWM充电方式，具有温度补偿控制；直观的LED发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况。

3．根据权利要求1所述的LED太阳能路灯，其特征是所有控制全部采用工业级芯片，能在寒冷、高温、潮湿环境运行；取消了电位器调整控制设定点，而利用了Flash存储器记录各工作控制点，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素。

说 明 书 摘 要

本控制器专为太阳能供电的直流路灯设计，也可作为普通控制器使用。具有纯光控即靠光强自动启动和关闭，光控启动定时延时关闭，定时关闭时间可调整；具有短路、过载、独特的防反接保护具有充满、过放自动关断等全功能保护措施，充电指示、故障及过放指示。

太阳能路灯的探讨 篇5

1.1 类型

太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅3种。

(1)单晶硅太阳能电池性能参数较稳定,适合在阴雨天较多、阳光不很充足的南方地区使用;

(2)多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶硅低,适合在阳光充足的东西部地区使用;

(3)非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求较低,适合在室外太阳光不足的地方使用。

1.2 工作电压

太阳能电池的工作电压约为配套电池电压的1.5倍,才能保证蓄电池的正常充电,如6V蓄电池充电需用8～9V太阳能电池,12V蓄电池需用15～18V太阳能电池,24V蓄电池需用33～36V太阳能电池。

1.3 输出功率

太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成,其容量取决于照明部件、线路传输部件消耗总功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池的输出功率约为127Wp/m2,宜超过光源功率的3～5倍。光照丰富、开灯时短地区为3～4倍以上,反之为4～5倍以上。

1.4 太阳能电池组的选择和安装

由于太阳能路灯的特殊性,太阳能电池板通常安装在灯杆上(5m以上,重心较高)。大部分太阳板都是悬挂式,为增强整套设备的抗风力,由多块太阳电池板组成。

2 蓄电池选择

2.1 类型选择

蓄电池主要有下面3种类型:

(1)铅酸(CS)蓄电池。低温高倍率放电、能力偏低、密封免维护、价格低,目前大部分太阳能路灯采用,但要注意防止铅酸污染,应逐步淘汰。

(2)镍镉(Ni-Cd)蓄电池。放电倍率高、低温性能好、循环寿命长,小型系统采用,但应注意防止镉污染。

(3)镍氢(Ni-H)蓄电池。高倍率放电、低温性能好、价格低、无污染,小型系统采用。这种产品为绿色环保电池,宜大力提倡。

目前,广泛采用铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池3种。

2.2 蓄电池连接

并联连接时,考虑各单体电池间的不平衡影响,并联组数不宜超过4组。

3 控制器

控制器控制太阳能路灯的运行,并大都实现了智能控制。控制器应具有以下功能:

(1)路灯控制。可进行光控、时控、温控等功能选择,能调光。

(2)蓄电池管理。为延长其使用寿命,必须对蓄电池充放电条件加以限制。①防反充电控制;②防过充电控制;③防过放电控制;④温度补偿。

(3)自动保护。应具备太阳能电池和蓄电池反接保护、蓄电池开路保护、夜间防反充保护、输出短路保护等。

(4)数码显示。能显示太阳能路灯蓄电池电压、太阳能电池光伏电压等主要参数。

(5)控制器电压等于蓄电池电压。

4 太阳能电池倾角设计

太阳能电池组件倾角(太阳电池板平面与地平面夹角)由所在地理位置(纬度等)确定。太阳能电池板正面正对太阳(或正南稍偏西),倾角与当地纬度一致即可。如条件允许,太阳能电池板的倾角应随季节变化做出相应调整。

5 太阳能路灯抗风设计

5.1 太阳能电池组件抗风设计

根据最大风力进行太阳能路灯抗风设计。我国南方沿海台风偏多,太阳能路灯灯杆至少应能抗12级台风,而北方多数地区应能抗10级大风。

5.2 路灯灯杆抗风设计

5.2.1 太阳能组件

太阳能组件应能承受当地的风速而不至于损坏,重点是太阳能电池组件支架与灯杆的连接。

5.2.2 灯杆和基础

路灯灯杆和基础的抗风设计与电池板高度、面积、倾角、灯杆结构、当地最大风速等有关,应由灯杆厂家或机构专门进行计算和设计,保证最大风速时太阳能路灯灯杆的稳定性。

6 太阳能照明主要的光源和应用

太阳能照明主要光源性能指标见表1。

光源与太阳能系统的连接有2种形式。

(1)配太阳能独立供电的HID灯电子镇流器(触发器):直接由蓄电池供电,实际是DC/AC高频变换器。因此,太阳能路灯照明系统一般无需另加DC/AC逆变器,减少了电路损耗。此形式适合新建太阳能路灯工程。

(2)配传统HID灯电子镇流器:接AC 220V市电,其电子镇流器本质上是AC/DC/AC高频变换器。如与太阳能系统连接,需在蓄电池与HID灯电子镇流器间增加DC/AC小功率逆变器。此形式适合路灯改造。

综上所述,太阳能LED灯、HID灯、无极灯路灯功率多在70W以下,个别在100W以上,一般用于支路和人行道照明。小功率太阳能LED灯、节能灯用于草坪、景观照明。

7 防雷和接地

太阳能路灯电压一般为DC 12/24V,属安全电压,可不做电气保护接地。

太阳能路灯防雷接地主要注意以下几点:

(1)不可用路灯、太阳能电池板作为接闪器;

(2)用金属灯柱兼作接闪器和引下线;

(3)路灯基础钢筋笼在一0.50m以下,钢筋表面积大于0.37m2时,可作为防雷接地体,否则应增加人工接地极,接地电阻不大于10Ω,必要时将接地体连接,接地做法同一般路灯。

8 太阳能路灯需要解决的问题

目前,太阳能路灯需要解决以下问题:

(1)提高太阳能电池的转换率。单晶硅太阳能电池的转换率为17%(多晶硅约为13%,非晶硅低于10%),而控制器、蓄电池、逆变器等的效率远高于此。太阳能电池的转换率低,限制了路灯功率,使太阳能路灯不宜用作主干道照明。

(2)降低太阳能电池的价格。这是推广太阳能路灯的途径之一。

(3)提高蓄电池的寿命。太阳能电池的使用寿命超过25年,而普通蓄电池的使用寿命为2～3年,蓄电池是太阳能电力系统中最薄弱的环节。蓄电池寿命短,使太阳能路灯运行费用增大,限制了太阳能路灯的推广。

(4)提高系统的环保性。目前,由于价格和技术等因素,太阳能路灯普遍采用免维护铅酸蓄电池,而提高无铅污染的蓄电池利用率是一项艰巨任务。

(5)规范产品标注,制定太阳能产品质量标准,提高产品质量。

(6)光伏照明设计和产品系列化。要使各地区太阳能路灯、草坪灯等设计和产品规格化、系列化,必须省去复杂的计算和选型过程。

(7)制定太阳能路灯的设计标准。太阳能路灯是新生事物,太阳能电池、蓄电池的选择,抗风计算等应尽快制定标准,以提高太阳能路灯设计水平,促进太阳能照明发展。

(8)防盗。进一步完善蓄电池等太阳能路灯系统组件的防盗措施。

参考文献

[1]刘跃群,王强,刘卓炯.光源电器和应用技术[M].北京:化学工业出版社,2003

[2]任欢欢.太阳能路灯系统效率与寿命尚待解决[J].城市照明,2009,6(2):43-46

太阳能路灯系统的优化配置 篇6

在能源日益短缺、环境污染和环境保护越来越受关注的情况下, 充分开发利用太阳能已成为当前社会各界所关注的焦点之一.太阳能路灯作为新能源的一个典型应用, 在国内不少地区都有相应的应用实例, 它的一次性投资安装, 无需日后电费开支, 无需架设输电线路或铺设电缆, 清洁环保, 维护费用低等优点, 受到人们的欢迎.在很多城市和乡村都能看见以试验或示范形式出现的太阳能路灯.

但在这样的前景下, 也存在不少可靠性问题.随着实际应用的增多, 接到用户投诉和报修的问题也越来越多.

1 太阳能路灯系统组成及使用中存在的问题

太阳能照明系统可以分成三大类型, 包括独立系统、并网系统和混合系统.独立系统常见于居民区路灯、停车场标志灯和电网公共照明系统, 它们通常需要电池, 有较高的存储修复损耗和维护费用.

太阳能独立路灯系统根据负载可分成交流型和直流型2种, 如图1、图2所示.目前由于主流灯具都是采用交流灯具, 因此第一类太阳能照明系统应用较多 (如太阳能低压节能灯) .第二类太阳能照明系统由于目前光效、成本等因素影响, 使用量还不是太大, 但随着今后技术的革新, 其使用也会越来越多.图3是太阳能路灯的系统组成.

在保证灯具在规定工作条件下, 系统配置的好坏主要看太阳能组件、路灯控制器、蓄电池之间的匹配与否.而根据目前太阳能路灯出现的问题和当前的技术水平, 主要有2点:①.路灯在使用一段时间后, 经常几天不工作;②设计蓄电池使用寿命在2～5年左右, 实际蓄电池使用往往低于设计寿命, 甚至不足1年等.

2 问题分析

不少厂家在路灯配置时不关注各个地区日照的具体不同, 只是经验性地选配光伏组件, 有时候为了满足客户低成本的要求, 低配了太阳能组件, 或者只考虑单日发电量与耗电的匹配, 而没有考虑蓄电池充电问题.

(1) 路灯在使用一段时间后, 经常几天不工作.

出现该问题的主要原因在于组件配置过低造成, 也会有蓄电池配置过高, 主要还是前者.当路灯系统连续几天阴雨后, 蓄电池会过放, 控制器会出现过放保护, 此时如果太阳能发电量偏少, 蓄电池电压达不到控制器的恢复放电电压, 控制器与负载间一直断电, 组件容量过小或阴雨天过长必然导致长时间不放电.因此在组件容量计算时需要考虑蓄电池充电时间问题, 尽可能2～3天充满.

(2) 设计蓄电池使用寿命在2～5年左右, 实际蓄电池使用往往低于设计寿命, 甚至不足1年等.

出现该问题的主要原因在于蓄电池配置或工作不当造成的.比如蓄电池容量相对与连续阴雨的天数偏小, 或蓄电池工作时一直处于深度循环.其中第二种是主要原因.

有些厂家, 为了减少出现上面一个问题, 往往把控制器恢复放电电压设置过小, 导致蓄电池充电很少就又处于放电状态, 没有很好利用蓄电池, 减少了其使用寿命.因此在控制器恢复放电的电压设置上需要合理选择.

3 系统优化配置步骤

以下就配置及以上问题提出相应应对和优化方法.以24 V的40 W无极灯为例, 按每天使用小时数在8 h, 连续阴雨天4天要求, 在镇江应用时结合当地光照如表1.具体配置步骤如下:

(1) 先确定蓄电池容量

配置蓄电池时考虑放电深度0.75、充放电效率0.85及安全系数1.1等, 根据负载估算蓄电池容量. 1.1×40×8×4÷0.85÷0.75÷24 V=92.1 Ah, 此时实际选用2个12 V/100 Ah蓄电池串联即可.

(2) 初步配置太阳能组件

在配置组件时参照当地日照辐射量, 选取合适的倾斜角, 和并网发电不同, 太阳能路灯应保证最低日照月份辐射尽可能大.如表1所示.此时倾斜角在30°, 最低辐射在10月份, 只有4.13 kWh/m2/d, 折算到标准日照强度1 kW/m2时为4.13 h/d.

考虑发电量会受方位角、灰尘、局部阳光遮挡、组件的光电转换效率和系统其他效率损失等, 系统设计寿命期内平均发电效率按78%取值.同时考虑蓄电池系统效率问题.

光伏组件容量=40×8×1.1÷ 0.85÷ 4.13÷0.78=128.6 Wp.此时如果认为组件容量130 Wp够了, 很可能出现上面连续几天路灯不工作现象.

(3) 优化组件配置

考虑到路灯连续工作要求在4天, 为了保证在连续4天放电后, 能尽快恢复工作, 组件容量需增大, 缩短充满电时间, 如果当地连续4天阴雨的天数较多, 则充电时间要控制在2天以内.

以选用160 Wp组件为例, 估算充电时间.充电效率在0.9～0.95取0.9.

平均蓄电池充电时间=2×100×12×0.75/ (0.9×0.78×160×4.45) =3.6天, 时间过长.选取190 Wp, 此时充电时间在3天左右.而240 Wp组件也需充电2.4天.考虑成本等因素实际选择190 Wp组件.

从中可以看出在配置组件时不能只看单日耗电量, 还要结合蓄电池容量来优化配置.

(4) 路灯控制器选择及优化

因为路灯工作电压是24 V, 蓄电池串联输出额定电压也在24 V, 所以控制器也应该选择24 V额定工作电压.其光伏组件的额定输出电压在34 V.现在市场上大部分控制器最大输入电压在额定工作电压的2倍.因此对总容量为190 Wp系统, 可以用2块ZXM095W18V-12502组件串联构成, 参数见表2.如果单块190 Wp组件最大功率工作电压在30～34 V亦可选用.

此时串联工作电压=34.4 V, 最大输出开路电压=42.4 V, 短路电流=5.99 A.因此控制器额定充电电流选用10 A.

在控制器选择时, 还需要关注过充保护、恢复充电、过放保护、恢复放电电压, 如图3所示.特别是针对恢复放电电压, 目前市场上24 V控制器主要设置在25 V以上, 有些甚至是26 V.就如前面分析的第一个问题, 此时很可能出现太阳能路灯连续几天不亮.如果系统配置不合理, 很可能会长时间不工作, 用户很可能就以为路灯坏了, 企业声誉必然受到影响.因此对恢复放电电压不能设置过高.

但同样的, 如果为了减少出现这种问题的机会, 把恢复放电电压设置过低, 甚至低于23 V, 就如前面分析的第二个问题, 很可能会出现使用寿命缩短的问题, 特别对蓄电池更是如此.

针对控制器的这2个问题, 为了兼顾平衡, 可以设置多项恢复条件, 而不再是固定的值.控制器的具体恢复电压设置可以参考如图4所示.

4 结 束 语

太阳能路灯是当前国内太阳能发电应用的一个主要领域, 特别在一些地区是作为太阳能利用的示范工程在做.其实际应用的好坏将很大程度上影响今后光伏系统在国内的推广使用.因此作为光伏产业中的一员, 需要加强对实际应用系统的经验积累, 综合考量用户的成本和系统的稳定.

随着产业技术的革新, 新材料、太阳能电池的转化效率、蓄电池的性价、中间控制转换环节的改善, 成本必然会大大降低.相信太阳能照明系统在很多场合完全可以取代传统照明系统, 逐渐走进寻常百姓家.同时也会在很大程度上改善能源结构和减轻环保压力, 增强我国的能源安全.

摘要：以太阳能路灯系统为例, 提出优化方法.主要从能耗的降低、性能的稳定以及系统成本的减少入手, 计算太阳能光伏组件和蓄电池容量, 确定太阳能路灯系统优化配置的方法.同时系统实行智能控制, 在保护蓄电池使用寿命的前提下, 保证最大正常工作时间, 从而提高太阳能路灯的节能性和经济性.

关键词：路灯,太阳能,控制器

参考文献

[1]S R Wenham.应用光伏学[M].狄大卫.上海:上海交通大学出版社, 2008:78-85, 205-211.

[2]太阳光发电协会[日].太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].刘树民, 宏伟.北京:科学出版社, 2004:1-8, 62-70, 78-79.

[3]鞠振河.太阳能路灯系统的优化设计[J].可再生能源, 2007 (5) :79-84.

[4]孙利英, 闫文红.智能型太阳能灯具控制系统[J].阳光能源, 2009 (1) :12-13.

[5]侯现伟, 房建国.控制器在太阳能路灯中的应用[J].阳光能源, 2009 (1) :26-27.

太阳能路灯系统的组态监控设计 篇7

关键词：太阳能,组态,监控,单片机

目前, 以社区、街道路灯系统为研究对象, 太阳能路灯系统大多采用单片机控制技术, 以此构建能够实现“节能设计”集成优化的智能太阳能led控制器, 同时利用组态软件可以监控系统的电流、电压、功率因数等参数, 实现为建设节能提供了一条新思路。

1 太阳能LED路灯系统组成

目前的太阳能路灯控制系统都是独立光伏控制系统, 主要由7个部分组成:太阳能电池板、蓄电池、负载 (LED路灯) 、控制器、测量电路、充电电路、放电/负载驱动电路。

2 太阳能LED路灯系统组态监控分析及设计

本监控系统使用组态王6.55制作, 是以控制和实时监测现场跟踪机构与电池板各个参数为中心, 应具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。

2.1 组态监测分析及设计

在监测系统中, 我们设计可以实时检测到太阳能电池板的温度, 蓄电池的电量存储情况, 蓄电池的输出电压, 以及蓄电池供电时的直流。从而可以实现对太阳能电池板的温度控制, 对蓄电池的电量饱和度的检测, 以及蓄电池的输出电压电流的稳定情况的监测。

为了让维护人员能够更快更直接的对故障负载设备进行维护, 本系统设置了实时报警数据库, 可以实时的显示出现故障的设备名称、故障类型、报警值等等。按照本监控系统要求, 监控程序要实现当前实时数据和报警数据的生成和打印。采用了计算机进行控制, 可以代替繁重的手工记录, 用计算机直接进行无纸记录, 产生各种各样的报表, 以供查阅。通过以上部分, 实现了对太阳能路灯的监测, 减轻了人工工作的负担, 使得工作效率大大提高。

2.2 设计步骤如下

创建工程“智能太阳能路灯系统监测”;

创建画面, 利用系统的工具箱中的“圆角矩形”工具画出路灯杆, 太阳能电池板模型, 并使用“显示画刷类型”按钮, 将路灯杆设置为白底灰色填充的样式。之后使用“扇形 (弧形) ”工具画出路灯, 并使用“直线”工具在路灯周围画出表示路灯亮灭的短线。

设置变量。绘制完基础画面之后, 回到工程浏览器, 点击左侧菜单栏中的“数据词典”, 新建一些关联变量, 分别用于控制电池板的旋转, 监测系统电压值、电流值及一些相关变量的变化。具体如图1所示。建立数据连接;

编写程序;利用函数“=Date ($年$月$日) 和=Time ($时$分$秒) ”, 该函数是使报表可以再运行时, 记录实时时间。右键点击画面, 选择“画面属性”选项, 在弹出的对话框中选择命令语言选项, 在存在时输入栏中输入下列命令语言。具体如图2所示。

为了让维护人员能够更快更直接的对故障负载设备进行维护, 本系统设置了实时报警数据库, 可以实时的显示出现故障的设备名称、故障类型、报警值等等。

报表系统:按照本监控系统要求, 监控程序要实现当前实时数据和报警数据的生成和打印。采用了计算机进行控制, 可以代替繁重的手工记录, 用计算机直接进行无纸记录, 产生各种各样的报表, 以供查阅。具体如图3所示。

3 小结

在监测系统中, 我们可以实时检测到太阳能电池板的温度, 蓄电池的电量存储情况, 蓄电池的输出电压, 以及蓄电池供电时的直流。从而可以实现对太阳能电池板的温度控制, 对蓄电池的电量饱和度的检测, 以及蓄电池的输出电压电流的稳定情况的监测。实现为建设节能提供了一条新思路。

参考文献

[1]苗洪利, 李欣.用实时监测法优化LED太阳能路灯[J].太阳能学报, 2011 (03) :423-425.

[2]鞠振河.太阳能路灯系统的优化设计[J].可再生能源, 2007 (05) :79-83.

[3]张军朝.太阳能路灯系统的仿真研究[J].计算机仿真, 2011 (04) :328-331.

[4]杨桂红, 滕为公, 王冬梅等.双光源多时段太阳能路灯[J].可再生能源, 2006 (04) :77-78.

[5]陈尚伍, 陈敏, 钱照明.高亮度LED太阳能路灯照明系统[J].电力电子技术, 2006 (06) :43-45.

太阳能LED路灯照明系统设计 篇8

随着环境污染的不断加重及能源资源的日益稀缺, 太阳能作为一种新型可再生能源, 因为其资源丰富、清洁环保、受地域限制小等优点, 在许多领域已经得到了广泛的发展和应用, 尤其太阳能发电领域业已发展成为成熟的朝阳产业[1]。LED灯具有高效节能、寿命长、环保等优点。因此, 文章将太阳能与LED路灯有机地结合在一起, 设计了基于STM8S单片机的太阳能LED路灯照明系统, 实现了节能环保的照明模式, 解决了市场上一些太阳能控制器存在的缺陷。

1 太阳能LED路灯照明系统简介

1.1 太阳能LED路灯照明系统组成结构

太阳能LED路灯系统主要由太阳电池板、蓄电池、路灯控制器、LED灯具组成[2]。文章主要为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯照明系统设计了一款高性能太阳能控制器。

1.2 太阳能LED路灯照明系统的工作原理

太阳能LED路灯照明系统中, 太阳能电池板在太阳光照射下, 其内部PN结形成新的电子-空穴对, 在一个回路里产生直流电流;这个电流流入控制器, 会对蓄电池进行充电。蓄电池白天接受充电, 而晚上则会提供能量给LED。LED是通过控制器驱动工作的, 控制器在驱动LED恒流工作同时, 也会监测LED的状态以及控制LED工作时间。在蓄电池电能不足的情况下, 控制器会发出控制信号启动外部的市电供电系统, 保证LED的正常工作[3]。

2 系统硬件电路方案

太阳能LED路灯照明控制系统电路组成结构如图1所示。主要电路包括:太阳能电板电压检测电路、蓄电池电压检测电路、、PWM充电电路、放电和保护电路、温度检测电路等。其中, 充放电控制、电流、和温度采样电路实现的功能为: (1) 电池充电模式, 以选择一个不同的状态; (2) LED照明时间或可选自动定时控制;采样的太阳能电池的输出电压和太阳能电池板的电流; (3) 取样线的开路电压, 该充电状态的电压; (4) 在样品上, 所述电池的电流值, 包括两个充电和放电状态。

3 系统硬件电路设计

根据系统的功能要求, 基于STM8S单片机设计的太阳能控制器电路主要包括充放电主回路、光电检测电路、电源电路以及各种保护电路等。

3.1 充电电路及控制策略

太阳能电池板电压经半桥分压电路R1和R2分压后, 送至STM8S的片上ADC1口实时监测来判别光线的强弱。白天光线充足时, 由太阳能电池板给蓄电池充电。控制器根据实时采集的蓄电池端电压大小, 控制器把不断检测蓄电池端电压作为控制充电程度的方法;另外设定转换点的蓄电池端电压值, 控制充电各阶段的自动转换和停充。

较好的充电策略是智能三阶段充电方式 (快充、过充和浮充) 。

(1) 快充阶段。相当于电流源的充电电路的输出端。输出电流是根据可接受的最大电池电流。在充电过程中, 电池的端电压进行实时检测, 当电池端电压上升到所述阈值的转换后, 通过充电电路进行充电阶段。使用MPPT算法来控制输出电压, 输出电流是固定的。

(2) 过充阶段。充电电路, 而被检测到的充电电流, 以提供一个较高电压的电池。当充电电流下降到阈值转换器, 当电池被完全充电可以被识别, 一个充电电路, 在下一阶段如下-浮充的阶段。

(3) 浮充阶段。当电池充满电, 最好的办法是保持电源给电池提供准确, 具有温度补偿功能的浮充电压。

3.2 放电电路及控制策略

当放电电路检测到所述太阳能电池板的电压低于1V时, 打开控制电路, 1分钟后的延迟, 由电池供电的负载, 使LED灯。刚充满电的电池电压较大, 一般在22.6~24.6V。作为最好的单个LED灯的负载的驱动电流13~18毫安, 3~3.2V的驱动电压。因此, 流过LED的电流约为26.7~31.5毫安, 远高于可接受13~18毫安更大。当电池电压低于23.5V时, 单片机I/O发出一个高电平信号的过放电保护电压时, 晶体管Q2导通时, MOSFET Q2被关断时, 电池不再供应给负载;当电池电压上升到过放电恢复点24V, 然后也通过I/O的低电平信号发出时, 晶体管Q2截止, 场效应管Q2导通, 则电池将继续向负载供电, 当在24.6V的电压?25.6V变化, 然后再次PWM供电负荷。

3.3 供电电路设计

太阳能LED路灯控制器电源由蓄电池提供, 由于蓄电池输出的是直流24V, 而控制器上的MCU和运放等其他电子元件需要的是直流5V电源, 故需要进行DC/DC变换, 本系统采用电压转换芯片LM2931AM对蓄电池端电压实现降压变换至5V。

4 系统软件设计

软件主要是设计来协助完成硬件电路控制器的控制策略, 在图2所示的主程序。采用MPPT算法快充阶段可提高输出功率光伏电池成为可能。把电子节目采用PWM技术来调整负载电流可以在午夜被完全切断负载, 实现半功率点亮负载。

5 结束语

太阳能LED路灯照明系统是太阳能新能源与新生代绿色光源LED的完美结合。文章以意法半导体的STM8S单片机为核心设计的路灯照明控制系统, 总体上, 实现了三个阶段的智能电池充电控制功能, 并能有效地防止电池的过充电, 同时还实现定时和切断的半功率点负载, 电池电压小于过放电电压的负载会切断, 所以电池过度放电保护, 延长电池寿命。该系统在能源利用率和工作可靠性方面有一定的实用价值。

参考文献

[1]王亚南, 黄鹤松, 刘华东等.基于AVR的智能太阳能路灯控制器的设计[J].技术与产品太阳能, 2011 (13) :31-41.

[2]赵争鸣, 刘建敏, 孙晓瑛等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社, 2005.

[3]施钰川.太阳能原理与技术[M].西安:西安交通大学出版社, 2009.

非晶硅太阳能路灯系统的设计 篇9

随着世界能源危机的加剧,各国都在寻求解决能源危机的办法,一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用;另一条是寻求新的节能技术,降低能源的消耗,提高能源的利用效率。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源,太阳能作为一种巨量可再生能源,可以说是取之不尽、用之不竭[1]。同时,随着太阳能光伏发电技术的发展和进步,太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。本文主要介绍非晶硅太阳能LED路灯系统,并以沈阳汉锋工厂内安装的太阳能路灯为例进行说明。

1 非晶硅太阳能电池的基本原理

非晶硅太阳能电池是薄膜太阳能电池中最成熟的产品,是在晶体硅制成的前道工序中,将含有硅的烷气采用化学方式沉积到非硅基板(如玻璃基板)上制造而成。加工原理为:使用硅烷(SiH4)等离子体分解法,通过在硅烷掺杂乙硼烷(B2H6)和磷化氢(PH3)等气体,在基板上(玻璃、不锈钢)低温成膜。

非晶硅太阳电池的结构各有不同,其中有一种较好的结构叫PIN电池,它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅,再沉积一层未掺杂的I层,然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅,最后用电子束蒸发一层减反射膜,并蒸镀银电极。

非晶硅薄膜太阳能电池光吸收系数高,对太阳光适应范围较广,非最佳角度阳光下的工作情况好于其他太阳能电池,具有易于实现集成化的特性,可以适合不同需求的多品种产品。尤其适合用于太阳能路灯,建筑光伏一体化(BIPV)以及大型太阳能并网发电系统[2]。

2 太阳能路灯的工作原理及基本结构

2.1 太阳能路灯的工作原理

太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理[3],白天太阳能电池吸收太阳能光子能量产生电能,通过控制器储存在蓄电池里,当夜幕降临或灯具周围光照度较低时,蓄电池通过控制器向光源供电,到达设定的时间后切断。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制,保证蓄电池的正常使用。系统还具有限荷保护和防雷装置,以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击,维护系统设备的安全使用。

2.2 太阳能路灯系统的基本结构

太阳能路灯系统由非晶硅太阳能电池方阵(包括支架)、太阳能充放电控制器(含路灯光控和时控)、控制箱、LED灯、蓄电池组和灯杆几部分构成,若输出电源为交流220V或110V,还要配置逆变器,其结构如图1所示。

(1)非晶硅太阳能电池方阵。

非晶硅太阳能电池方阵能产生光伏效应,是进行光电转换的部分。光伏效应是半导体在吸收光能后,内部带电载流子分布状态和浓度发生变化从而产生出光生电流和光生电动势的效应。利用这种特性,半导体材料的光伏阵列将太阳能转换成电能,是整个光伏应用系统能量的来源。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。

(2)太阳能控制器。

太阳能路灯系统中,性能良好的充放电控制器是必不可少的[4,5,6]。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充放电条件加以规定和限制,并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出,防止蓄电池过充电及深度充电,是整个系统的核心控制部分。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器除具有路灯控制功能外,还应具有光控、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)蓄电池组。

将太阳电池组件产生的电能储存起来,当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时,将储存的电能释放以满足负载的能量需求,它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池,对于较高要求的系统,通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等[7]。

对铅酸蓄电池的选择,主要考虑的是蓄电池的容量和工作电压。其中蓄电池的容量指的是在一定放电条件下蓄电池能连续提供的能量的总和,单位为安时(Ah),这个参数的选择主要与太阳能光伏系统的工作条件下的太阳辐射平均强度和需要连续供应负载电量的时间和功率有关;工作电压是蓄电池接通负载放电时在负载上所呈现出来的电压,其大小主要决定于后面负载的额定工作电压值。

(4)逆变器。

在太阳能路灯系统中,如果含有交流负载,那么就要使用逆变器设备,将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。

3 非晶硅太阳能路灯系统的设计

沈阳汉锋工厂厂区6盏太阳能路灯,每盏24W,每天工作12h,保证连续阴雨天数3天。该太阳能路灯系统配套设备的容量可按以下方式计算。

3.1 非晶硅太阳能电池方阵容量计算

太阳电池容量与负载日用电量、当地的地理位置、阳光资源、气候条件密切相关。因此,首先应确定日平均负载Q,组件日输出QL及年均标准日照时数H。

Q=It (1)

式中:I—负载工作电流,取I=6A;t—负载每天工作时间,h。

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式中:S—年总辐射量,kcal/cm2;1.163—换算系数,Wh/kcal;q—热流密度,按AM1.5标准取0.1W/cm2。

QL=Imax×H×Kop×Cz (3)

式中:Imax—光伏板组件的最大工作电流,I=0.9A;Kop—斜面修正系数,取Kop=1.0671;Cz—修正系数,主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失,一般取0.8。

代入数据得Q=72Ah,H=4.6h,QL=3.53Ah。

并联的组件数量undefined。

串联的组件数量undefined。

V为系统工作电压,Vmax为组件最大工作电压。

太阳电池组件的输出,会受到一些外在因素的影响而降低,根据上述基本公式计算出的太阳电池组件数量,在实际情况下通常不能满足光伏系统的用电需求,为了得到更加正确的结果,有必要将环境和组件自身衰减等因素考虑在内,综合考虑以上因素,可以得到下面的修正公式。

并联组件的数量undefined

式中:c—蓄电池的库仑效率;α—非晶硅太阳能电池的衰减因子。

根据以上计算数据,可以选择并联组件数量为25,串联组件数量为1,所需的非晶硅太阳电池组件数为:

总的太阳电池组件数=25×1=25块

总的太阳电池组件功率=25×30=750W

此外,非晶硅太阳电池组件由于生产批次工艺参数漂移,所以在订货时应根据组装方阵的串并联情况对电参数提出要求。具体原则为:同一方阵应选择输出功率相近的组件;方阵并联应选择工作电压相近的组件,串联应选择工作电流相近的组件,然后再考虑它们之间的串并联问题。

3.2 蓄电池容量计算

蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。首先,给出计算蓄电池容量BC的公式。

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式中:D—自给天数,通常自给天数取3～5d;CC—蓄电池的最大放电深度,一般铅酸蓄电池取0.75,碱性镍镉蓄电池取0.85;T0—温度修正系数,一般在0℃以上取1,-10℃以上取1.1,-10℃以下1.2。经计算,近似得BC=288。

每个蓄电池都有它的标称电压。为了达到负载工作的标称电压,将蓄电池串联起来给负载供电,在该工程中,蓄电池选2V/490Ah。

串联蓄电池数undefined

式中:V—负载标算电压,取24V;V单—单体蓄电池的标称电压,取2V。故串联蓄电池数=12。

并联蓄电池数undefined

式中:BC单—单体蓄电池的容量。

根据以上计算数据,可以选择并联蓄电池数量为1,串联组件数量为12,所需要的蓄电池总数为:

总的蓄电池数=12串×1 并 =12 个

3.3 太阳能电池组件倾角设计

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,要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。

关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨,近年来在一些学术刊物上出现不少。本次路灯使用地区为沈阳地区,依据本次设计参考文献[8],选定太阳能电池组件支架倾角为42.77°。

3.4 最终技术方案确定及运行数据记录

经过计算比较、校核,最后确定出如表1所示的太阳能路灯系统参数,并且在表2中列出系统正常工作时的性能参数。

4 结语

非晶硅薄膜太阳能电池光吸收系数高,对太阳光适应范围较广,非最佳角度阳光下的工作情况好于其他太阳能电池,因此光伏组件方阵的功率要小于其他太阳能电池。随着非晶硅薄膜电池制造成本的不断降低和集成化技术的不断成熟,太阳能路灯将成为道路照明的主体,与人们的生活更加密切。

参考文献

[1]中国太阳能利用协会.新编太阳能产品设计与太阳能利用新技术新工艺实务全书[M].北京:中国科技文化出版社,2007.

[2]J.K.Rath,Y.Liu,A.Borreman.Thin film siliconmodules onplastic superstrates[J].Journal of Non-Crystalline Solids,2008,354:2381-2385.

[3]鞠振河.太阳能路灯系统的优化设计[J].可再生能源,2007,25(5):79-83.

[4]华坤,李彦.太阳能LED路灯控制器的设计[J].微计算机信,2009,25(1):105-107.

[5]冯显争,李训铭.智能型太阳能充电电路设计[J].东南大学学报,2008,38:194-198.

[6]何朝阳,戴君,吴立琴.太阳能路灯控制器的设计[J].电力电子技术,2006,(12):69-72.

[7]汪小云,胡赤兵,彭燕.蓄电池智能检测[J].微计算机信息,2007,(1):213-214.