太陽(yáng)能通道燈系統簡(jiǎn)介

前言

　　太陽(yáng)是一個(gè)巨大、久遠、無(wú)盡的能源。太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無(wú)需運輸，對環(huán)境無(wú)任何污染，具有節能、環(huán)保、方便的優(yōu)點(diǎn)。

　　按接受太陽(yáng)能輻射量的大小，我國大致上可分為五類(lèi)地區。深圳地處亞熱帶，氣候冬暖夏熱，屬于三類(lèi)地區，全年日照時(shí)數為2200～3000小時(shí)，具備利用太陽(yáng)能的有利自然條件。

　　太陽(yáng)能直接應用有光熱轉換、光電轉換、光化學(xué)轉換三種，間接與綜合利用種類(lèi)更加繁多。光電轉換主要有太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)能供電系統；光熱轉換主要有熱水器、開(kāi)水器、太陽(yáng)灶、干燥器等；光化學(xué)轉換主要是光合作用、光電化學(xué)作用的應用，現尚處在實(shí)驗研究階段。

一、太陽(yáng)能通道燈系統簡(jiǎn)介

　　1、太陽(yáng)能通道燈系統安裝背景

　　深圳有許多立交橋的通道長(cháng)度超過(guò)40米。這些通道由于采光不足，白天也顯得很暗，特別是路燈開(kāi)啟前及路燈關(guān)閉后的各1個(gè)多小時(shí)和陰雨天時(shí)，通道內更是漆黑。為了市民的安全，通道必須24小時(shí)亮燈。但原有通道燈接路燈電源，只能在晚上亮燈。如果采用市電供電白天亮燈，就要重新敷設線(xiàn)路，投資大，施工困難；采用太陽(yáng)能光伏系統供電投入小，施工方便。

　　另一方面，近年來(lái)深圳電力供應緊張，政府提倡節約用電。因此，很有必要安裝太陽(yáng)能通道燈系統。

　　2、通道情況

　　下面以洪湖立交南側通道為例，討論該系統的組成。
　　洪湖立交南側通道長(cháng)40米，寬6米，通道到安裝太陽(yáng)能裝置的地點(diǎn)距離約15米，原有3套250W高壓鈉燈，在晚上才有電源。

　　3、系統原理

　　太陽(yáng)能的光電轉換是指太陽(yáng)的輻射能光子通過(guò)半導體物質(zhì)轉變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，通常叫做“光生伏打效應”。
　　太陽(yáng)能通道燈系統作原理見(jiàn)圖1。主要組成部分包括太陽(yáng)能電池方陣、控制器、蓄電池、逆變器、燈具。

圖1 太陽(yáng)能通道燈系統原理圖

原有通道燈總功率為750W，用太陽(yáng)能來(lái)供電所需的太陽(yáng)能電池功率、蓄電池容量較大，系統造價(jià)偏高，而且一套燈具24小時(shí)*365天一直亮燈，燈泡壽命會(huì )降低。因此，為保證穩定的照明效果，另外安裝一套太陽(yáng)能通道燈系統。晚上市電供電時(shí)，原有通道燈亮；晚上市電故障或白天時(shí)，點(diǎn)亮由太陽(yáng)能供電的通道燈，保證通道一直亮燈。

二、直流/交流負載比較與選擇

　　如選用直流負載，可省略了逆變器這一中間環(huán)節，提高能源利用效率。但由于通道長(cháng)40米，由蓄電池到末端燈具約40+15+5＝60米，24V直流電壓線(xiàn)路損耗高達10％；此外，直流低壓大電流控制損耗大，升降電壓技術(shù)比較復雜，直流節能燈光效低（45Lm/W），壽命短（5000小時(shí)），采購困難等。

　　相比之下，雖然使用交流負載利用率稍低，但逆變器的轉換效率＞90％，損耗并不是很大，而交流負載更實(shí)用、方便，所以選用交流負載。

三、光源的選擇與燈具布置

　　通過(guò)對光源光效、壽命、價(jià)格、通用性等綜合比較，選擇5*25W高效節能燈。燈具布置如下：

　　圖2 燈具布置

四、太陽(yáng)能電池板

　　太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能光電轉換的主要部件。太陽(yáng)能電池組件的峰值功率Pk，由當地的太陽(yáng)平均輻射強度與末端的用電負荷(需電量)決定。

　　1、峰值功率選擇（估算公式）：

　　Pk=燈具功率×燈具數量×每日使用時(shí)間÷每天有效日照時(shí)間÷太陽(yáng)能電池方陣實(shí)際使用功率系數÷蓄電池轉換效率÷逆變器效率
　　Pk＝25(W)×5(套)×12(H)÷5(H)÷0.7÷0.85÷0.9＝560.22W

其中：

　　1）由于市電通道燈亮燈時(shí)間由經(jīng)緯儀隨季節變化而調節，太陽(yáng)能通道燈每天亮燈時(shí)間11～14小時(shí)，取12小時(shí)。
　　2）太陽(yáng)能電池方陣實(shí)際使用功率系數考慮了太陽(yáng)能電池板的充電效率和充電過(guò)程中的損耗，取0.7。
　　所以，太陽(yáng)能板功率選取為600W(75W×8pcs)

　　3、安裝傾斜角度為33～35度，方向正南方，既便于充分吸收太陽(yáng)能，又可利用雨水對太陽(yáng)能板進(jìn)行自清洗。

五、控制器

控制器采用PWM脈寬調制控制器。具備以下功能：
1、過(guò)充保護：當電池電壓超過(guò)28V時(shí)，停止充電；
2、過(guò)放保護：當電池電壓低于22V時(shí)，切斷負載；
3、蓄電池充電溫度補償；
4、正極反接保護；
5、短路保護；
6、過(guò)載保護；
7、過(guò)熱保護(帶散熱裝置)；
8、雷擊保護；
9、小功率交流補充充電系統：當陰雨天，太陽(yáng)能充電不足，電池電壓低于直流22V時(shí)，在晚上通過(guò)高頻整流開(kāi)關(guān)將交流220V市電轉換成直流24V，對蓄電池進(jìn)行補充充電；
10、檢測市電及切換：當晚上有市電電源時(shí)，市電通道燈亮，控制器關(guān)掉太陽(yáng)能通道燈；當晚上市電故障時(shí)或白天時(shí)，控制器檢測到?jīng)]有市電信號，開(kāi)啟太陽(yáng)能通道燈。這樣比裝時(shí)控開(kāi)關(guān)更能保證通道24小時(shí)亮燈。