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太陽能路燈的基本原理與設計初探討
太陽能路燈的基本原理與設計初探討 
摘要：本文介紹了太陽能路燈的組成，分析了各部分的運作原理、運作特點，分析LED太陽能路燈使用環境及相關技術要求。 　 　　
一、前言 
　　隨著地球資源的日益貧乏，基礎能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環保新能源越來越受重視。同時，也隨著太陽能光伏技術的發展和進步，太陽能燈具產品在環保節能的雙重優勢，太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的應用已經逐漸形成規模，太陽能發電在路燈照明領域發展已經日趨完善。筆者就太陽能路燈設計的一點體會供同行參考。 
　　二、太陽能路燈的組成 
　　太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼。如輸出電源為交流220V或110V，還要配置逆變器。 
　　1、太陽能電池板： 
　　太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值*高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數比較穩定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。 
　　2、太陽能控制器 
　　無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有路燈控制功能，具有光控、時控功能，并應具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長路燈運作時間。 
　　3、蓄電池 
　　由于太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池系統才能運作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統才能正常運作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的運作電壓20~30%，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。 
　　4、光源 
　　太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節能燈、低壓鈉燈、無極燈、DLED光源。 
　　（1）低壓節能燈：功率小，光效較高，但使用壽命2000小時，電壓低燈管發黑，一般適合太陽能草坪燈、庭院燈。
　　（2）低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價格貴，整個系統造高，采用較少。
　　（3）無極燈：功率小，光效較高。該燈在220V（純正弦波，頻率50赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達到5萬小時，在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節能燈差不多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源220V輸出頻率、項位、電壓都是不能和普通市電相比的）。
　　（4）LED：LED燈光源，壽命長，可達1000000小時，運作電壓低，不需要逆變器，光效較高，國產50 Lm/w，進口80 Lm/w。隨著技術進步，LED的性能將進一步提高。筆者認為LED作為太陽能路燈的光源將是一種趨勢。 
　　5、燈桿及燈具外殼 
　　燈桿的高度應根據道路的寬度、燈具的間距，道路的照度標準確定。燈具外殼根據我們收集了許多國外太陽燈資料，在美觀和節能之間，大多數都選擇節能，燈具外觀要求不高，相對實用就行。 
三、太陽能路燈設計體會
　　1、道路照度與適用范圍 
　　根據《城市道路照明設計標準》的規定：快速路平均照度20lx，均勻度0.4，主干路平均照度15lx，均勻度0.35，次干路平均照度8lx，均勻度0.35，支路平均照度5lx，均勻度0.3。現投入使用的LED路燈，由于技術條件，LED功率偏小30~100w，光效50~80lx/w，道路照度較低，筆者做過測試，桿高8.5米，間距30米，光源2×50wLED燈，燈下照度19lx，兩燈之間11lx，*暗處3.5lx。 
　　以上數把為新安裝燈具的初始照度值，故其照度是不能滿足快速路與主干路。太陽能路燈宜在次干路、支路上使用，主要道路慎用。 
　　2、照明時間 
　　LED路燈每天的運作時間應同一般路燈的運作要求，設計應考慮冬天日照時間短時，其運作時間應能在12小時之上。由于LED燈受天氣影響較大，如遇連續陰雨天就使LED燈缺乏電能而無法使用。國家現無規范對LED路燈在低輻照度（連續陰雨天）情況，允許*少運作時間沒有做出規定，現一般根據燈具廠家和當地的氣象情況，應在低幅照度（連續陰雨天）運作狀況下運作在15~20天。在設計時應充分考慮太陽能電池板及蓄電池的容量。 
　　3、防雷接地 
　　LED路燈的運作電壓一般為12V或24V，屬安全電壓，不做電氣保護接地。但LED路燈金屬燈桿應做防雷接地，接地電阻不大于10歐姆。 

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