【導(dǎo)讀】本文介紹一種基于光伏發(fā)電的多電源智能管理系統(tǒng)——太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。續(xù)的可再生能源，是全人類(lèi)節(jié)能環(huán)保的首選。本文還對(duì)太陽(yáng)能路燈照明的太陽(yáng)能電池，動(dòng)蓄電，自動(dòng)照明，自動(dòng)熄滅等一系列工作過(guò)程，使太陽(yáng)能照明更加智能化。無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)，太陽(yáng)能都擁有廣闊的市場(chǎng)前景。潛力無(wú)限的太陽(yáng)能是一種清。同時(shí)，使用太陽(yáng)能也是一個(gè)明智的財(cái)務(wù)選擇。使用太陽(yáng)能電池板為您的住宅供電，在收到每個(gè)月的電費(fèi)單時(shí)，您就能體會(huì)到這一點(diǎn)。

　　

【正文】 D 路燈光源是一款多功能、環(huán)保節(jié)能型路燈光源，適合在各種場(chǎng)合的照明使用 。有以下特點(diǎn)： 22 （ 1） 高光效 LED 光效達(dá) 50～ 200 流明 /瓦，光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可利用，且無(wú)需過(guò)濾直接發(fā)出色光。 （ 2） 高節(jié)能 具有電壓低、電流小、亮度高的特性。一個(gè) 10～ 12 瓦的 LED 光源發(fā)出的光能與一個(gè) 35～ 150 瓦的白熾燈發(fā)出的光能相當(dāng)。同樣照明效果 LED 比傳統(tǒng)光源節(jié)能 80%～ 90%。 （ 3） 光色多 可以選擇白色或彩色光，紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、黃綠色、橙紅色等。 （ 4） 安全性高 LED 光源使用低電壓驅(qū)動(dòng) , 發(fā)光穩(wěn)定，無(wú)污染，沒(méi)有 50HZ 頻閃，沒(méi)有紫外線(xiàn) B波段，白色色溫 5000K，最接近太陽(yáng)色溫 5500K。 （ 5） 快速響應(yīng) LED 發(fā)光管響應(yīng)時(shí)間很短。采用專(zhuān)用電源給 LED 光源供電時(shí)，達(dá)到最大照度的時(shí)間小于 10ms。 （ 6） 運(yùn)行成本低 其他光源不僅耗電是 LED 光源的 210 倍，而且?guī)缀趺吭露家鼡Q，在器件更換和人工方面的花費(fèi)很大。因此選用使用壽命長(zhǎng)的 LED 光源從長(zhǎng)遠(yuǎn)看非常經(jīng)濟(jì) 圖 LED高效節(jié)能燈結(jié)構(gòu) 根據(jù)使用場(chǎng)所的要求，設(shè)計(jì)出 120176。、 90176。、 70176。多種角度的發(fā)光板，放置在高透光 23 率的塑料燈罩內(nèi) ， 如圖 所示 ，以改善 lED 的方向性過(guò)強(qiáng)而形成的光斑，同時(shí)在燈罩內(nèi)表面設(shè)計(jì)有網(wǎng)格型的折射面，使 LED 發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)多次反射與折射，最終達(dá)到 LED高效節(jié)能燈泡各方向光均勻，并形成特殊的光學(xué)效果。 各數(shù)據(jù)計(jì)算 太陽(yáng)能電池組件計(jì)算 設(shè)計(jì)要求：廣州地區(qū)，負(fù) 載輸入電壓 24V功耗 ，每天工作時(shí)數(shù) ，保證連續(xù)陰雨天數(shù) 7 天。 （ 1） 廣州地區(qū)近二十年年均輻射量 ，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算廣州地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為 ； （ 2） 負(fù)載日耗電量 = （ 3） 所需太陽(yáng)能組件的總充電電流 = 247。（ ） = 在這里，兩個(gè)連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計(jì)最短天數(shù)為 20 天， 為太陽(yáng)能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)， 為蓄電池充電效率。 （ 4） 太陽(yáng)能組件的最少總功率數(shù) = = 102W 選用峰值 輸出功率 110Wp、兩塊 55Wp 的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行 。 蓄電池計(jì)算 蓄電池設(shè)計(jì)容量計(jì)算相比于太陽(yáng)能組件的峰瓦數(shù)要簡(jiǎn)單。 根據(jù)上面的計(jì)算知道，負(fù)載日耗電量 。在蓄電池充滿(mǎn)情況下，可以連續(xù)工作 7 個(gè)陰雨天，再加上第一個(gè)晚上的工作，蓄電池容量： （ 7+1） = （ AH），選用 2 臺(tái) 12V100AH 的蓄電池就可以滿(mǎn)足要求了。 太陽(yáng)能電池組件支架 為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，我們要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。關(guān)于太陽(yáng)能電池組件最佳傾角問(wèn)題的探討，近年來(lái)在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為廣州地區(qū)，選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為 16o。 在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)主 24 要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩塊分別做分析。 （ 1） 太陽(yáng)能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì) 依據(jù)電池組件廠(chǎng)家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽(yáng)能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為 27m/s（相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng)），根據(jù)非粘性 流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有 365Pa。所以，組件本身是完全可以承受 27m/s 的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。 （ 2） 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)路燈的參數(shù)如下： 電池板傾角 A = 16o 燈桿高度 = 5m 設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度 δ = 4mm燈桿底部外徑 = 168mm 焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩 W 的計(jì)算點(diǎn) P 到燈桿受到的電池板作用荷載 F 作用線(xiàn)的距離為 PQ = [5000+（ 168+6） /tan16o] Sin16o = 1545mm =。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩 M = F。根據(jù) 27m/s 的設(shè)計(jì)最大允許風(fēng)速，230W 的雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為 730N?？紤] 的安全系數(shù)， F = 730 = 949N。 所以， M = F = 949 = 。 根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩 W = π（ 3r2δ＋ 3rδ2＋ δ3）。 上式中， r 是圓環(huán)內(nèi)徑， δ 是圓環(huán)寬度。 破壞面抵抗矩 W = π（ 3r2δ＋ 3rδ2＋ δ3） =π（ 38424＋ 38442＋ 43） = 88768mm3 =106 m3 風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W= 1466/（ 106） =106pa = Mpa＜＜ 215Mpa， 其中， 215 Mpa 是 Q235 鋼的抗彎強(qiáng)度。 所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿(mǎn)足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。 25 5 太陽(yáng)能路燈的實(shí)際應(yīng)用 日前，廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局審核通過(guò)了由東莞勤上光電股份有限公司提出并組織起草的《廣東省 太陽(yáng)能 LED 燈 地方標(biāo)準(zhǔn)》，將于 09 年 7 月 1 日起實(shí)施。 “以前沒(méi) 有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)什么、怎么生產(chǎn)、產(chǎn)品達(dá)到什么技術(shù)要求沒(méi)有明確規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，行業(yè)門(mén)坎提高了，肯定要淘汰一批不符合標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，企業(yè)要做好準(zhǔn)備。 ”國(guó)家照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)人表示，標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)將使 太陽(yáng)能 LED 產(chǎn)業(yè)提前進(jìn)入規(guī)范化調(diào)試期，引導(dǎo)行業(yè)由無(wú)序、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，向有序、有標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變， “山寨燈 ”橫行的局面將得以改變。 即將實(shí)施的《廣東省 太陽(yáng)能 LED 燈 地方標(biāo)準(zhǔn)》是中國(guó)大陸地區(qū) LED 行業(yè)首個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)，適用于 250V以下直流電源或 1000V 以下交流供電的道路、街路、隧道照明和其它室外公共場(chǎng)所照明用 太陽(yáng)能 LED 燈 。對(duì)于照明領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這是一次不小的革命。 本次設(shè)計(jì)的 太陽(yáng)能路燈的總電路圖如圖 所示，其工作原理：太陽(yáng)照射在硅光板上，太陽(yáng)能電池開(kāi)始工作，使二極管 D1 跟三極管 Q1 工作，蓄電池開(kāi)始蓄電，待蓄電池蓄電完畢后，根據(jù)程序的設(shè)定， Q1 反作用，停止蓄電；到晚上天色昏暗時(shí)，設(shè)定的程序啟動(dòng)，使蓄電池開(kāi)始放電，二極管 D2， D3， D4， D5，導(dǎo)通，三極管 Q2， Q3 工作，使 LED 燈照明，直到第二天早上，預(yù)先設(shè)定的程序又作用，使 LED 燈熄滅；當(dāng)有太陽(yáng)照射硅光板的時(shí)候，蓄電池又開(kāi)始蓄電，這樣，無(wú)限的循環(huán)，就可以使路燈自動(dòng)蓄電 ，自動(dòng)照明，自動(dòng)熄滅，大大減少了人力物力，而且這樣的設(shè)計(jì)，能節(jié)約更多的電能。 圖 太陽(yáng)能路燈的總電路圖 26 如圖 所示，下面是本次設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用例子。 圖 頭頂太陽(yáng)能板，曬一天太陽(yáng)能 照明 6 天的新式太陽(yáng)能路燈，近期出現(xiàn)在了 肇慶 園區(qū)星港街上。從園區(qū)城管部門(mén)了解到，今年園區(qū)將改造多處路燈，推廣綠色照明。 在基本完成改造的星港街上 可以 看到一批造型簡(jiǎn)潔的新式太陽(yáng)能路燈已經(jīng)豎立了起來(lái)。據(jù)路燈施工方相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，這批路燈頭頂有一塊太陽(yáng)能板 ，將光能轉(zhuǎn)換為電能后自動(dòng)存儲(chǔ)在路燈的蓄電池中。太陽(yáng)能板曬一天太陽(yáng)后，可以在蓄電池內(nèi)儲(chǔ)存供路燈正常工作 6 天所需的電量，即使接下來(lái) 6 天都是陰雨天，路燈照樣還能亮起來(lái)。 為了保證路燈的照度，這批太陽(yáng)能路燈還安裝了一個(gè)特殊的控制轉(zhuǎn)換器，當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電不能滿(mǎn)足路燈照明需要時(shí)就會(huì)自動(dòng)切換到普通電源。有了太陽(yáng)能板、蓄電池和控制轉(zhuǎn)換器的路燈，在造價(jià)上自然比普通路燈要貴一些。據(jù)該負(fù)責(zé)人介紹，星港街沿線(xiàn)共要安裝 1500 套太陽(yáng)能路燈，部分景觀帶上的照明燈也將使用 太陽(yáng)能燈 。 從園區(qū)城管部門(mén)了解到，今年園區(qū)將著手改造部分道路照明， 全部使用節(jié)能 燈具 和綠色能源。首期老路燈改造，要把園區(qū) 8 到 10 條主要道路的老式路燈燈頭更換為 LED路燈燈頭，預(yù)計(jì)可節(jié)電三分之二。另外，中新科技城今年也將改造安裝太陽(yáng)能 LED 路燈 3500 套。園區(qū)在亮化工程建設(shè)中，將 盡可能地采用以 LED 為主的節(jié)能型光源和燈具，可比傳統(tǒng)光源節(jié)能約 30%。 據(jù)了解到，在廈門(mén)，北京，甘肅，上海，廣東等城市也開(kāi)始著手安裝新式的太陽(yáng)能 LED燈，這對(duì)我國(guó)推行節(jié)能照明邁出了一大步。 27 結(jié) 論 整體設(shè)計(jì)基本上考慮到了各個(gè)環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計(jì)與蓄電池容量選型設(shè)計(jì)采用了目前最通用的設(shè) 計(jì)方法，設(shè)計(jì)思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計(jì)從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；路燈整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約而美觀；經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好 。 目前，太陽(yáng)能 LED 照明的初投資問(wèn)題仍然是困擾我們的一個(gè)主要問(wèn)題。但是，太陽(yáng)能電池光效在逐漸提高，而價(jià)格會(huì)逐漸降低，同樣地市場(chǎng)上 LED 光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽(yáng)能的可再生、清潔無(wú)污染以及 LED 的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對(duì)環(huán)境會(huì)造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽(yáng)能 LED 照明作為一種方興未艾的戶(hù)外照明，展現(xiàn)給我們的將是無(wú)窮的生命 力和廣闊的前景。 28 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王長(zhǎng)貴 王斯成 . 太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù) [D]. 化學(xué)工業(yè)出版社 版次：20210901 [2] 沈輝，曾祖勤 . 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) —— 可再生能源叢書(shū) [D] ． 化學(xué)工業(yè)出版社 版次： 202191 [3] 楊德仁，汪雷 . 第十屆中國(guó)太陽(yáng)能光伏會(huì)議論文集迎接光伏發(fā)電新時(shí)代 [D] ． 浙江：浙江大學(xué)出版社 版次： 202191 [4] 趙爭(zhēng)鳴 劉建政 孫曉瑛 袁立強(qiáng) . 太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用 [D].科學(xué)出版社 版次：1 [5] 劉樹(shù)民，宏偉 . 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工 [D] ． 科學(xué)出版社 版次：202141 [6] 馮良桓 張靜全 . 中國(guó)太陽(yáng)能光伏進(jìn)展 [D].西南交通大學(xué)出版社 版次： 2021 年 [7] 張和生．光伏發(fā)電系統(tǒng)理論 [D] ．太原：太原理工大學(xué)， 1998． [8] 王七斤 .