太陽(yáng)能路燈工作原理與流程，太陽(yáng)能路燈詳細設計方案

　　在能源日益短缺、環(huán)境污染和環(huán)境保護越來(lái)越受重視的情況下，充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能已成為當前社會(huì )各界所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。太陽(yáng)能路燈作為新能源的一種典型應用，在國內的不少地區都有相應的應用實(shí)例。太陽(yáng)能路燈具有安裝后無(wú)需支付電費、無(wú)需架設輸電線(xiàn)路或鋪設電纜、清潔環(huán)保、維護費用低等優(yōu)點(diǎn)，受到了相關(guān)方的青睞，在很多城市和鄉村都能看見(jiàn)以試驗或示范形式出現的太陽(yáng)能路燈。但目前太陽(yáng)能路燈在應用中也存在不少問(wèn)題，隨著(zhù)實(shí)際應用的增多，接到用戶(hù)投訴和報修的問(wèn)題也越來(lái)越多。

　　1　太陽(yáng)能路燈系統組成及使用中存在的問(wèn)題

　　太陽(yáng)能照明系統可以分成3大類(lèi)型，包括獨立系統、并網(wǎng)系統和混合系統。獨立系統常見(jiàn)于居民區路燈、停車(chē)場(chǎng)標志燈和電網(wǎng)公共照明系統，它們通常需要電池，有較高的存儲修復損耗和維護費用。

　　太陽(yáng)能獨立路燈系統根據負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(lèi)太陽(yáng)能照明系統應用較多（如太陽(yáng)能低壓節能燈） 。第2 類(lèi)太陽(yáng)能照明系統由于受目前光效、成本等因素影響，使用量還不大，但隨著(zhù)今后技術(shù)的革新，其使用也會(huì )越來(lái)越多。無(wú)極燈太陽(yáng)能路燈的系統組成。

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

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

　　2　問(wèn)題分析

　　不少廠(chǎng)家在路燈配置時(shí)不關(guān)注各個(gè)地區日照的具體不同，只是經(jīng)驗性地選配光伏組件，有時(shí)候為了滿(mǎn)足客戶(hù)低成本的要求，低配了太陽(yáng)能組件，或者只考慮單日發(fā)電量與耗電的匹配，而沒(méi)有考慮蓄電池充電問(wèn)題。

　?。?）路燈在使用一段時(shí)間后，經(jīng)常幾天不工作。

　　出現該問(wèn)題的主要原因在于組件配置過(guò)低，也會(huì )有蓄電池配置過(guò)高的情況，但主要還是前者。連續幾天陰雨后，路燈系統蓄電池會(huì )過(guò)放，控制器會(huì )出現過(guò)放保護，此時(shí)如果太陽(yáng)能發(fā)電量偏少，蓄電池電壓達不到控制器的恢復放電電壓，控制器與負載間一直斷電，組件容量過(guò)小或陰雨天過(guò)長(cháng)必然導致長(cháng)時(shí)間不放電。因此在組件容量計算時(shí)需要考慮蓄電池充電時(shí)間問(wèn)題，盡可能2～3天充滿(mǎn)。

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

　　出現該問(wèn)題的主要原因在于蓄電池配置或工作不當。比如蓄電池容量相對于連續陰雨的天數偏小，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(chǎng)家，為了減少出現上面問(wèn)題，往往把控制器恢復放電電壓設置過(guò)小，導致蓄電池往往充電很少就又處于放電狀態(tài)，沒(méi)有很好利用蓄電池，減少了其使用壽命。

　　因此在控制器恢復放電的電壓設置上需要合理選擇。

　　3　系統優(yōu)化配置步驟

　　以下就配置及以上問(wèn)題提出相應的應對和優(yōu)化方法。

　　以24V的40W無(wú)極燈為例，按每天使用小時(shí)數為8h、連續陰雨天4天要求，在鎮江應用時(shí)，結合當地光照（如表1）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111等，根據負載估算蓄電池容量：

　　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。

　?。?）初步配置太陽(yáng)能組件。

　　在配置組件時(shí)參照當地日照輻射量，選取合適的傾斜角，和并網(wǎng)發(fā)電不同，太陽(yáng)能路燈應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，折算到標準日照強度1kW /m2 時(shí)為4113h /d。

　　考慮發(fā)電量會(huì )受方位角、灰塵、局部陽(yáng)光遮擋、組件的光電轉換效率和系統其他效率損失等影響，系統設計壽命期內平均發(fā)電效率按78%取值，同時(shí)考慮蓄電池系統效率問(wèn)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，很可能出現上面連續幾天路燈不工作現象。

　?。?）優(yōu)化組件配置

　　考慮到路燈連續工作要求在4天，為了保證在連續4天放電后，能盡快恢復工作，組件容量需增大，縮短充滿(mǎn)電時(shí)間，如果當地連續4天陰雨的天數較多，則充電時(shí)間要控制在2天以?xún)取?/p>

　　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(guò)長(cháng)。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，還要結合蓄電池容量來(lái)優(yōu)化配置。

　?。?）路燈控制器選擇及優(yōu)化

　　因為路燈工作電壓是24V，蓄電池串聯(lián)輸出額定電壓也是24V，所以控制器也應該選擇24V額定工作電壓，其光伏組件的額定輸出電壓為34V?，F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。因此對總容量為190Wp 的系統， 可以用2 塊ZXM095W18V - 12502組件（單晶硅太陽(yáng)能電池）串聯(lián)構成，其參數見(jiàn)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(kāi)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(guò)充保護、恢復充電、過(guò)放保護、恢復放電電壓，如圖3所示。特別是針對恢復放電電壓，目前市場(chǎng)上24V控制器主要設置在25V以上，有些甚至是26V。就如前面分析的第1個(gè)問(wèn)題，此時(shí)很可能出現太陽(yáng)能路燈連續幾天不亮。

　　如果系統配置不合理，很可能會(huì )長(cháng)時(shí)間不工作，用戶(hù)很可能就以為路燈壞了，企業(yè)聲譽(yù)必然受到影響。因此對恢復放電電壓不能設置過(guò)高。

　　但同樣的，如果為了減少出現這種問(wèn)題的機會(huì )，把恢復放電電壓設置過(guò)低，甚至低于23V，就如前面分析的第2個(gè)問(wèn)題，很可能會(huì )出現使用壽命縮短的問(wèn)題，特別對蓄電池更是如此。

　　針對控制器的這2個(gè)問(wèn)題，為了兼顧平衡，可以設置多項恢復條件，而不再是固定的值。

4 工作原理

　　太陽(yáng)能路燈工作原理是將太陽(yáng)能提轉化為電能從而實(shí)現照明，路燈頂部是太陽(yáng)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(yáng)能轉化為電能存儲在蓄電池中，使太陽(yáng)能路燈在智能控制器的控制下，太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)太陽(yáng)光的照射，吸收太陽(yáng)能光并轉換成電能，白天太陽(yáng)電池組件向蓄電池組充電。傍晚，通過(guò)控制器的控制將電能輸送給光源，為人們在夜晚進(jìn)行照明。晚上蓄電池組提供電力給LED燈光源供電，實(shí)現照明功能。

　　太陽(yáng)能路燈是通過(guò)太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，所以沒(méi)有電纜線(xiàn)，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(guò)充或過(guò)放而被損壞，同時(shí)具備光控、時(shí)控、溫度補償及防雷、反極性保護等功能。無(wú)需鋪設線(xiàn)纜、無(wú)需交流供電、不產(chǎn)生電費。

　　太陽(yáng)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(hù)認可，從而得到了大力的推廣。因此，它可以廣泛應用于城市主、次干道、小區、工廠(chǎng)、旅游景點(diǎn)、停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)所。

　　5　結束語(yǔ)

　　太陽(yáng)能路燈是當前國內太陽(yáng)能發(fā)電應用的一個(gè)主要領(lǐng)域，特別在一些地區是作為太陽(yáng)能利用的示范工程在做。其實(shí)際應用的好壞將很大程度上影響今后光伏系統在國內的推廣使用。因此作為光伏產(chǎn)業(yè)中的一員，我們需要加強對實(shí)際應用系統的經(jīng)驗積累，綜合考量用戶(hù)的成本和系統的穩定。

　　隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革新，新材料、太陽(yáng)能電池的轉化效率、蓄電池的性?xún)r(jià)比、中間控制轉換環(huán)節的改善，成本必然會(huì )大大降低。