【導讀】本文介紹一種基于光伏發(fā)電的多電源智能管理系統(tǒng)——太陽能照明系統(tǒng)的設計。續(xù)的可再生能源，是全人類節(jié)能環(huán)保的首選。本文還對太陽能路燈照明的太陽能電池，動蓄電，自動照明，自動熄滅等一系列工作過程，使太陽能照明更加智能化。無論是現(xiàn)在還是將來，太陽能都擁有廣闊的市場前景。潛力無限的太陽能是一種清。同時，使用太陽能也是一個明智的財務選擇。使用太陽能電池板為您的住宅供電，在收到每個月的電費單時，您就能體會到這一點。

　　

【正文】 D 路燈光源是一款多功能、環(huán)保節(jié)能型路燈光源，適合在各種場合的照明使用 。有以下特點： 22 （ 1） 高光效 LED 光效達 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，且無需過濾直接發(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 10～ 12 瓦的 LED 光源發(fā)出的光能與一個 35～ 150 瓦的白熾燈發(fā)出的光能相當。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 , 發(fā)光穩(wěn)定，無污染，沒有 50HZ 頻閃，沒有紫外線 B波段，白色色溫 5000K，最接近太陽色溫 5500K。 （ 5） 快速響應 LED 發(fā)光管響應時間很短。采用專用電源給 LED 光源供電時，達到最大照度的時間小于 10ms。 （ 6） 運行成本低 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很大。因此選用使用壽命長的 LED 光源從長遠看非常經(jīng)濟 圖 LED高效節(jié)能燈結(jié)構(gòu) 根據(jù)使用場所的要求，設計出 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 的方向性過強而形成的光斑，同時在燈罩內(nèi)表面設計有網(wǎng)格型的折射面，使 LED 發(fā)出的光線經(jīng)多次反射與折射，最終達到 LED高效節(jié)能燈泡各方向光均勻，并形成特殊的光學效果。 各數(shù)據(jù)計算 太陽能電池組件計算 設計要求：廣州地區(qū)，負 載輸入電壓 24V功耗 ，每天工作時數(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)簡單計算廣州地區(qū)峰值日照時數(shù)約為 ； （ 2） 負載日耗電量 = （ 3） 所需太陽能組件的總充電電流 = 247。（ ） = 在這里，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設計最短天數(shù)為 20 天， 為太陽能電池組件系統(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 的標準電池組件，應該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行 。 蓄電池計算 蓄電池設計容量計算相比于太陽能組件的峰瓦數(shù)要簡單。 根據(jù)上面的計算知道，負載日耗電量 。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作 7 個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量： （ 7+1） = （ AH），選用 2 臺 12V100AH 的蓄電池就可以滿足要求了。 太陽能電池組件支架 為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學術(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)，選定太陽能電池組件支架傾角為 16o。 在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風設計。抗風設計主 24 要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設計，二為燈桿的抗風設計。下面按以上兩塊分別做分析。 （ 1） 太陽能電池組件支架的抗風設計 依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風系數(shù)選定為 27m/s（相當于十級臺風），根據(jù)非粘性 流體力學，電池組件承受的風壓只有 365Pa。所以，組件本身是完全可以承受 27m/s 的風速而不至于損壞的。所以，設計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。 （ 2） 路燈燈桿的抗風設計路燈的參數(shù)如下： 電池板傾角 A = 16o 燈桿高度 = 5m 設計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 的計算點 P 到燈桿受到的電池板作用荷載 F 作用線的距離為 PQ = [5000+（ 168+6） /tan16o] Sin16o = 1545mm =。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩 M = F。根據(jù) 27m/s 的設計最大允許風速，230W 的雙燈頭太陽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)學推導，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 風荷載在破壞面上作用矩引起的應力 = M/W= 1466/（ 106） =106pa = Mpa＜＜ 215Mpa， 其中， 215 Mpa 是 Q235 鋼的抗彎強度。 所以，設計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風是沒有問題的。 25 5 太陽能路燈的實際應用 日前，廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局審核通過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 太陽能 LED 燈 地方標準》，將于 09 年 7 月 1 日起實施。 “以前沒 有行業(yè)標準，生產(chǎn)什么、怎么生產(chǎn)、產(chǎn)品達到什么技術(shù)要求沒有明確規(guī)定。標準出臺后，行業(yè)門坎提高了，肯定要淘汰一批不符合標準的企業(yè)，企業(yè)要做好準備。 ”國家照明電器標準化技術(shù)委員會負責人表示，標準的出臺將使 太陽能 LED 產(chǎn)業(yè)提前進入規(guī)范化調(diào)試期，引導行業(yè)由無序、無標準狀態(tài)，向有序、有標準狀態(tài)轉(zhuǎn)變， “山寨燈 ”橫行的局面將得以改變。 即將實施的《廣東省 太陽能 LED 燈 地方標準》是中國大陸地區(qū) LED 行業(yè)首個地方標準，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所照明用 太陽能 LED 燈 。對于照明領(lǐng)域來說，這是一次不小的革命。 本次設計的 太陽能路燈的總電路圖如圖 所示，其工作原理：太陽照射在硅光板上，太陽能電池開始工作，使二極管 D1 跟三極管 Q1 工作，蓄電池開始蓄電，待蓄電池蓄電完畢后，根據(jù)程序的設定， Q1 反作用，停止蓄電；到晚上天色昏暗時，設定的程序啟動，使蓄電池開始放電，二極管 D2， D3， D4， D5，導通，三極管 Q2， Q3 工作，使 LED 燈照明，直到第二天早上，預先設定的程序又作用，使 LED 燈熄滅；當有太陽照射硅光板的時候，蓄電池又開始蓄電，這樣，無限的循環(huán)，就可以使路燈自動蓄電 ，自動照明，自動熄滅，大大減少了人力物力，而且這樣的設計，能節(jié)約更多的電能。 圖 太陽能路燈的總電路圖 26 如圖 所示，下面是本次設計的實際應用例子。 圖 頭頂太陽能板，曬一天太陽能 照明 6 天的新式太陽能路燈，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 看到一批造型簡潔的新式太陽能路燈已經(jīng)豎立了起來。據(jù)路燈施工方相關(guān)負責人介紹，這批路燈頭頂有一塊太陽能板 ，將光能轉(zhuǎn)換為電能后自動存儲在路燈的蓄電池中。太陽能板曬一天太陽后，可以在蓄電池內(nèi)儲存供路燈正常工作 6 天所需的電量，即使接下來 6 天都是陰雨天，路燈照樣還能亮起來。 為了保證路燈的照度，這批太陽能路燈還安裝了一個特殊的控制轉(zhuǎn)換器，當太陽能發(fā)電不能滿足路燈照明需要時就會自動切換到普通電源。有了太陽能板、蓄電池和控制轉(zhuǎn)換器的路燈，在造價上自然比普通路燈要貴一些。據(jù)該負責人介紹，星港街沿線共要安裝 1500 套太陽能路燈，部分景觀帶上的照明燈也將使用 太陽能燈 。 從園區(qū)城管部門了解到，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，預計可節(jié)電三分之二。另外，中新科技城今年也將改造安裝太陽能 LED 路燈 3500 套。園區(qū)在亮化工程建設中，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，北京，甘肅，上海，廣東等城市也開始著手安裝新式的太陽能 LED燈，這對我國推行節(jié)能照明邁出了一大步。 27 結(jié) 論 整體設計基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設計與蓄電池容量選型設計采用了目前最通用的設 計方法，設計思想比較科學；抗風設計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)簡約而美觀；經(jīng)過實際運行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好 。 目前，太陽能 LED 照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，同樣地市場上 LED 光效在快速地提高，而價格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及 LED 的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會造成了日益嚴重的污染。所以，太陽能 LED 照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命 力和廣闊的前景。 28 參 考 文 獻 [1] 王長貴 王斯成 . 太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù) [D]. 化學工業(yè)出版社 版次：20210901 [2] 沈輝，曾祖勤 . 太陽能光伏發(fā)電技術(shù) —— 可再生能源叢書 [D] ． 化學工業(yè)出版社 版次： 202191 [3] 楊德仁，汪雷 . 第十屆中國太陽能光伏會議論文集迎接光伏發(fā)電新時代 [D] ． 浙江：浙江大學出版社 版次： 202191 [4] 趙爭鳴 劉建政 孫曉瑛 袁立強 . 太陽能光伏發(fā)電及其應用 [D].科學出版社 版次：1 [5] 劉樹民，宏偉 . 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計與施工 [D] ． 科學出版社 版次：202141 [6] 馮良桓 張靜全 . 中國太陽能光伏進展 [D].西南交通大學出版社 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， 1998． [8] 王七斤 .