【文章內容簡介】 年總輻射量 ≥ 580 500～ 580 420～ 500 ≤ 420 千焦 /厘米 不宜用太陽能 地域 內蒙西部、甘 新疆北部、東北、 東北北端、內蒙呼 重慶、四川、 肅西部、新疆、 內蒙東部、華北、 盟、長江下游、福 貴州、廣西、 南部、青藏高 陜北、寧夏、甘 建、廣州、廣西、 江西部分地 原 肅部分、青藏高 貴州部分、云南、 區(qū) 原東側、海南、 河南、陜西 臺灣 連續(xù)陰雨天 2 3 7 5 表 年總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)對應表 Table The total radiation and daily average peak sunshine hours of the corresponding table 年總輻射量 (千焦 /厘米 ) 420 460 500 540 580 620 660 700 740 平均峰值日照時數(shù)（ h） 路燈桿一般在 5m 以上，重心較高，大部 分太陽電池板都是懸掛式，為增強整套設備的抗風力，一般選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。即在實際運行中，按照所需要的功率等級和電壓等級可以將若干單個光伏電池串并聯(lián)組成光伏陣列。 表 我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝轉角 State average sunshine time of major cities and the best installation angle 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日 照時間 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 哈爾濱 Φ +3 杭州 Φ +3 長春 Φ +1 南昌 Φ +2 沈陽 Φ +1 福州 Φ +4 北京 Φ +4 5 濟南 Φ +6 天津 Φ +5 鄭州 Φ +7 呼和 Φ +3 武漢 Φ +7 太原 Φ +5 長沙 Φ +6 烏魯 Φ +12 廣州 Φ 7 木齊 畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 10 續(xù)表 1 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 西寧 Φ +1 ?？? Φ +12 蘭州 Φ +8 南寧 Φ +5 銀川 Φ +2 成都 Φ +2 西安 Φ +14 貴陽 Φ +8 上海 Φ +3 昆明 Φ 8 南京 Φ +5 拉薩 Φ 8 合肥 Φ +9 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、時空、溫控等功能選擇，具有調光功能，并應具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。 要給蓄電池充電，太陽 板的輸出電壓必須高于電池的當前電壓，否則輸出電流就會接近 0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓（ Vpp）大約在 17V 左右，這是以環(huán)境溫度為 25176。C 時的標準設定的。這樣設定的原因，在于當天氣非常熱的時候，太陽能板的峰值電壓 Vpp 會降到 15V 左右，但是在寒冷的天氣里，太陽能的峰值電壓 Vpp 可以達到 18V。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點象手動檔的變速箱，當發(fā)動機的轉速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應提高的話，勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設定好的，這就 像車的檔位被固定設置在 1 檔。那么不管你怎樣用力的踩油門，車的速度也是有限的。而MPPT 控制器是自動擋的。它會根據(jù)發(fā)動機的轉速自動調節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。即 MPPT 控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率點跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠實時偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值 (VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。理論上講，使用 MPPT 控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高 50%，但是跟據(jù)我們的實際畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 11 測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%~30%。從這個意義上講， MPPT 太陽能充放電控制器，勢必會最終取代傳統(tǒng)太陽能控制器。 蓄電池的選擇 由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。蓄電池在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到夜晚需要照明的時候再釋放出來。（ 1）類型選擇。其類型一般有鉛酸蓄電池（適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽能路燈采用，密封免維護，價格低。注意防止鉛酸污染，應逐步淘汰 ） NiH 蓄電池（放電倍率高、低溫性能好，循環(huán)壽命長，小型系統(tǒng)采用。注意防止福污染） NiCd 蓄電池（高倍率放電，低溫性能好，價格便宜，無污染，為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采用，要大力提倡）目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳銘蓄電池三種。在此次設計中采用鉛酸蓄電池。 (2）容量選擇。蓄電池容量過小，不能滿足夜晚照明的需要；容量過大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費。蓄電池容量 (Ah)與負載容量 (Ah)之比宜在 3~6 倍以上：連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為 3~4 倍以上，連續(xù)陰雨天數(shù)較 多地區(qū)約為 5~6 倍以上。（ 3）蓄電池聯(lián)結。并聯(lián)連接時，要考慮各單體電池間的不平衡影響。并聯(lián)組數(shù)不宜超過 4組。注意蓄電池防盜。 太陽能用蓄電池的幾點特殊要求 (1)額定容量?，F(xiàn)有固定型 VRLA 電池，機械、郵電、電力等行業(yè)的標準為 10 小時率容量。 JB／ T96531999《儲能用鉛酸蓄電池》標準規(guī)定的 30 小時率容量，主要是針對干荷電鉛酸蓄電池而言。對于固定型 VRLA 電池，最好采用 20 小時率或 24 小時率，以滿足每天使用 5H、能承受 3 天無太陽或無風時的日常供電。 (2)低溫放電和充電的性能。 (3)充電效率和深放 電后的恢復性能。由于VRLA 蓄電池在運行中處于不完全充電狀態(tài)，有時還存在深放電后的靜置，所以蓄電池的充電效率和深放電后的恢復性能是很重要的指標。 (4)使用壽命。 12V 系列在 5 年左右， 2V 系列在 8 年左右。 (5)可在海拔 5000m 以上的地方使用。 (6)蓄電池組內各單體電池的一致性。單體電池的一致性不僅包括電池的開路電壓、初期容量，而且還包括電池的內阻、自放電以及 Ah 充電效率等方面。這就要求從鑄板工序開始到各項檢測都必須控制在較小公差范圍內。采用機械鑄板、涂板、極板定量稱重和定量灌酸灌膠等工序是電池均一性的基本 保障。 光源和應用 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(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、 LED 光源。 畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 12 光源與太陽能系統(tǒng)有兩種形式 :一種是配太陽能獨立供電的 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 (或稱觸發(fā)器，下同。 ):直接由蓄電池供電，實際上是 DC/AC 高頻變換器。因此，太陽能路燈照明系統(tǒng)一般無需另加 DC/AC 逆變器，減少了電路損耗。此形式適合新建太陽能路燈工程。另一種是配傳統(tǒng) HID 燈電子鎮(zhèn)流器 :接于 AC220 市電電源，其電子鎮(zhèn)流器本質上是 AC/DC/AC 高頻變換器。如與太陽 能系統(tǒng)連接，需在蓄電池與 HID 燈電子鎮(zhèn)流器間增加 DC/AC 小功率逆變器。此形式適合路燈改造。具體的應用 :太陽能 LED 燈、HID 燈、無極燈路燈功率多在 70W 以下，個別在 100W 以上，一般用在支路和人行道照明。小功率太陽能 LED 燈、節(jié)能燈用在草坪、景觀照明。 幾種照明光源的性能指標：（ 1）低壓節(jié)能燈：功率小，光效較高，但使用壽命 2022小時，電壓低燈管發(fā)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(tǒng)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(jié)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 1 000 000 小時，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高，國產(chǎn) 50Lm/w，進口 80Lm/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。所以，綜上所述，本路燈設計方案選擇 LED 燈光源。 工作原理 系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應原理制成的太陽能電池白天電池板接收太陽輻射能并轉化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至 10lux 左右、太陽能電池板開路電壓 左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電 小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。 太陽能路燈需要解決的問題 太陽能路燈還有以下問題善待提高： (1)提高太陽能電池轉換率。單晶硅太陽能電池的轉換率只有 17%左右 (多晶硅 約 13%，非晶硅 10%以下 )，而控制器、蓄電池、逆變器等的效率均遠高于此。太陽能電池的轉換率低，限制了路燈功率，使太陽能路燈不宜用在主干道照明。（ 2）降低太陽能電池價格減低太陽能電池價格，是推廣太陽能路燈的途徑之一。（ 3）提商蓄電池壽命太陽能電池的使用壽命 25 年以上，普通蓄電池 的使用壽命在 2~3 年，蓄電池是太陽能電力系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。蓄電池短壽命，使 畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 13 太陽能路燈運行費用增大，限制了太陽能路燈廣泛應用。（ 4）提高系統(tǒng)環(huán)保由于價格和技術等因素，目前太陽能路燈普遙采用免維護鉛酸蓄電池。提高無鉛污染的蓄電池利 用率是一項艱巨任務。（ 5）規(guī)范產(chǎn)品標準和提高產(chǎn)品質量 制定太陽能產(chǎn)品質量標準和檢側系統(tǒng)，形成產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質量。（ 6）光伏照明設計和產(chǎn)品系列化要使各地區(qū)太陽能路燈、草坪燈等設計和產(chǎn)品規(guī)格化，系列化，省去復雜的計算和選型。（ 7）制定太陽能路燈設計標準。太陽能路燈設計是新生事物，太陽能電池選擇、蓄電池選擇、抗風計算等應盡快制定標準，以利提高太陽能路燈設計水平，促進太陽能照明發(fā)展。（ 8）防盜。進一步完善蓄電池等防盜措施。 3 設計工作及研究方案