太陽能led路燈
| 太陽能led路燈 |
太陽能LED路燈主要由以下幾部分組成：太陽能電池板，鉛酸免維護蓄電池，燈杆，太陽能路燈控制器,直流LED光源，電源線，蓄電池箱，燈杆預埋件，混凝土基礎，施工吊裝，人員安裝調試費用等等。
太陽能路燈，主要是有太陽能電池板，負載（led光源），蓄電池，控制器，燈杆，和一些附件（電線，地腳，電瓶箱等），組成，太陽能電池板，蓄電池，負載都接在控制器上，什麼時候亮燈，什麼時候熄燈，電池板的充電，蓄電池的充放電都是通過控制器來完成的（控制器現在都已經是智能化了，可以任意設定時間值，而且還配合光控，更科學的設計）。
太陽能led路燈的原理是，白天有光的時候，太陽能電池板把光能轉化為電能儲存在蓄電池裡，晚上，蓄電池供電給led光源，用來照明，是一個獨立的發光發電系統，從而不用擔心停電等問題，而且led是冷光源，耗電小，而且光源壽命比較長，達到50000小時以上，從而減少維修電路，換光源的問題。
當前太陽能路燈的生產企業紛繁眾多，不乏有一些大公司資產過億元，站在從業人員的角度來講，大型公司與中小型公司生產的產品，從技術優勢以及品質上來說基本上沒有差別，大型的企業也不是所有的零部件都是自己生產，也是靠系統集成（組裝）。也是依靠近幾年「新農村建設」的一些工程才慢慢成長起來的。從材料成本上來講大型公司的成本與中小型公司的成本基本是一致的，管理成本相對會更高一些。對於中小企業來將，企業是否具備核心競爭力，做事情是不是真的用心了，是不是站在客戶的角度上去想問題才是最關鍵的。
系統基本組成
太陽能LED路燈主要由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內有控制器、蓄電池）和燈杆幾部分構成；太陽能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統的抗風設計非常有利；LED燈頭光源採用單顆大功率LED（30W－100W）作為光源，運用獨特的多顆芯片集成式單模組光源設計，選用進口高亮度芯片。
控制箱箱體以不鏽鋼為材質，美觀耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由於其維護很少，故又被稱為「免維護電池」，有利於系統維護費用的降低；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本控制，實現很高的性價比。
太陽能LED路燈主要分為：道路燈、景觀燈、庭院燈、草坪燈、投光燈。
目錄
蓄電池選型
蓄電池設計容量計算相比於太陽能組件的峰瓦數要簡單。
根據上面的計算知道，負載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量：12.2×（7+1） = 97.6 （AH），選用2台12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。
光源
LED光源的風光企業比較多，但是因為企業技術的良莠不齊，所以產品的性能也不同，特別是亮度及光衰、使用壽命區別比較大，下面就大功率LED燈具介紹給大家在選用相關產品時做參考。
材質
真空鍍膜反射器；高純度鋁質反射腔、燈殼及散熱體；高強度鋼化玻璃罩；大功率LED光源；高效率恆流源。
適用場所
城市道路，人行道，廣場，學校，公園，庭院，居住區，廠區以及其他需要室外照明的場所。
特點
1、 採用自主知識產權封裝的單顆大功率LED（30W－100W）作為光源，運用獨特的多顆芯片集成式單模組光源設計，選用進口高亮度芯片；
2、首創散熱器與燈殼一體化設計， LED直接與外殼緊密相接，通過外殼散熱翼與空氣對流散熱，充分保證了LED路燈50000小時的使用壽命。 按照每天工作12個小時計算，其壽命也在10年以上，維護費用極低；
3、燈具表面進行了耐紫外線抗腐蝕處理，耐高溫發泡硅膠密封，有效防塵防水，整體燈具防護達到IP65等級；
4、採用單體橢圓鋁反射腔，配合多曲面真空鍍膜反射器，針對性地將LED發出的光控制在需要範圍內，提高了燈具出光效果的均勻性和光能的利用率，更能凸顯LED路燈節能優點。與傳統的鈉燈相比，可節電70%以上；
5、無不良眩光、無頻閃。消除了普通路燈不良眩光所引起的刺眼、視覺疲勞與視線干擾，提高駕駛的安全性；
6、啟動無延時，通電即達正常亮度，無須等待，消除了傳統路燈長時間的啟動過程；
7、綠色環保無污染：不含鉛、汞等污染元素，對環境沒有任何污染；
8、與太陽能結合是絕好搭檔，充分發揮LED直流低壓工作與節能環保的優點，太陽能光伏板與LED光源相結合，為客戶實現最佳性價比和高可靠性。
太陽能電池組件
太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區，採用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區，採用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數比較穩定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。華豫新能源的單晶硅轉換效率比較高，鋼化玻璃透光性能強，增強其轉化效率。
太陽能電池組件支架
1) 傾角設計
為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能儘可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。
關於太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學術刊物上出現得不少。本次路燈使用地區為長沙地區，依據本次設計參考相關文獻中的資料，選定長沙光合太陽能電池組件支架傾角為16o。
2)抗風設計
在太陽能路燈系統中，結構上一個需要非常重視的問題就是抗風設計。抗風設計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設計，二為燈杆的抗風設計。下面按以上兩塊分別做分析。 ⑴ 太陽能電池組件支架的抗風設計
依據電池組件廠家的技術參數資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風係數選定為27m/s（相當於十級颱風），根據非粘性流體力學，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的風速而不至於損壞的。所以，設計中關鍵要考慮的是電池組件支架與燈杆的連接。
在本套路燈系統的設計中電池組件支架與燈杆的連接設計使用螺栓杆固定連接。
⑵ 路燈燈杆的抗風設計
路燈的參數如下：
電池板傾角A = 16o 燈杆高度 = 5m
設計選取燈杆底部焊縫寬度δ = 4mm 燈杆底部外徑 = 168mm
焊縫所在面即燈杆破壞面。燈杆破壞面抵抗矩W 的計算點P到燈杆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=1.545m。所以，風荷載在燈杆破壞面上的作用矩M = F×1.545。
根據27m/s的設計最大允許風速，2×30W的雙燈頭長沙光合太陽能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全係數，F = 1.3×730 = 949N。
所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
根據數學推導，圓環形破壞面的抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）。
上式中，r是圓環內徑，δ是圓環寬度。
破壞面抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）
=π×（3×842×4+3×84×42+43）= 88768mm3
=88.768×10－6 m3
風荷載在破壞面上作用矩引起的應力 = M/W
= 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 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，只要焊接質量能保證，燈杆的抗風是沒有問題的。
太陽能控制器
太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。基本功能必須具備過充保護、過放保護、光控、時控與防反接等。
蓄電池防過充、過放保護電壓一般參數如表
1)當蓄電池電壓達到設定值後就改變電路的狀態。
在選用器件上，目前有採用單片機的，也有採用比較器的，方案較多，各有特點和優點，應該根據客戶群的需求特點選定相應的方案。
2)表面處理
產品採用靜電塗裝新技術，以FP專業建材塗料為主，可以滿足對產品表面色彩及環境協調一致的要求，同時產品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用於任何氣候環境。加工工藝設計為熱浸鋅的基礎上塗裝，使產品性能大大提高，達到了最嚴格的AAMA2605.2005的要求，其它指標均已達到或超過GB的相關要求。
比較
太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區，採用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區，採用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數比較穩定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。
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、時控功能，並應具有夜間自動切控負載功能，便於陰雨天延長路燈工作時間。
蓄電池 由於太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池系統才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量儘量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關係。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20~30%，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。
太陽能路燈採用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具採用低壓節能燈、低壓鈉燈、無極燈、DLED光源。
（1）低壓節能燈：功率小，光效較高，但使用壽命2000小時，電壓低燈管發黑，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，整個系統造高，採用較少。
（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）。
其他
隨着傳統能源的日益緊缺，太陽能的應用將會越來越廣泛，尤其太陽能發電領域在短短 的數年時間內已發展成為成熟的朝陽產業。
1： 目前制約太陽能發電應用的最重要環節之一是價格，以一盞雙路的太陽能路燈為例，兩路負載共為60瓦，（以長江中下游地區有效光照4.5h/天、每夜放電7小時、增加電池板20%預留額計算）其電池板就需要160W左右，按每瓦30元計算，電池板的費用就要4800元，再加上180AH左右的蓄電池組費用也在1800左右，整個路燈一次性投入成本大大高於市電路燈，造成了太陽能路燈應用領域的主要瓶頸。
2：蓄電池的使用壽命也應該考慮在整個路燈系統應用中，一般的蓄電池保修三年或五年，但一般的蓄電池在一年、甚至半年以後就會出現充電不滿的情況，有些實際充電率有可能下降到50%左右，這必將影響連續陰雨天時期的夜間正常照明，所以選擇一款較好的蓄電池尤為重要。
3：一些工程商常選用LED燈做為太陽能路燈的照明，但是LED燈的質量層差不齊，光衰嚴重的LED半年就有可能衰減50%光照度。所以一定要選擇光衰較慢的LED燈，或者選用無極燈、低壓鈉燈等。
4：控制器的選擇往往也是被工程商忽略的一個問題，控制器的質量層差不齊，12V/10A的控制器市場價格在100-200元不等，雖然是整個路燈系統中價值最小的部分，但它卻是非常重要的一個環節。控制器的好壞直接影響到太陽能路燈系統的組件壽命以及整個系統的採購成本，一：應該選擇功耗較低的控制器，控制器24小時不間斷工作，如其自身功耗較大，則會消耗部分電能,最好選擇功耗在1毫安（MA）以下的控制器。二：要選擇充電效率高的控制器，具有MCT充電模式的控制器能自動追蹤電池板的最大電流，尤其在冬季或光照不足的時期，MCT充電模式比其他高出20%左右的效率。三：應選擇具有兩路調節功率的控制器，具有功率調節的控制器已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關閉一路或兩路照明，節約用電，還可以針對LED燈進行功率調節。除選擇以上節電功能外，還應該注重控制器對蓄電池等組件的保護功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護蓄電池，增加蓄電池的壽命，另外設置控制器欠壓保護值時，儘量把欠壓保護值調在 ≥ 11.1V ，防止蓄電池過放。
5： 距離市區較遠的地方還應該注意防盜工作，很多工程商因為施工疏忽，沒有進行有效的防盜，導致蓄電池、電池板等組件被盜，不僅影響了正常照明，也造成了不必要的財產損失。目前工程案例中被盜居多為蓄電池，蓄電池埋於地下用水泥澆築是一種有效防盜措施，在燈杆上加裝蓄電池箱的最好將其進行焊接加固。
6: 控制器的防水，控制器一般裝於燈罩、電池箱中，一般也不會進水，但在實際工程案例中 控制器端子的連接線往往因為雨水順着連接線流入控制器造成短路。所以在施工時應該注意將 內部連接線彎成「U」字型並固型，外部連接線也可以固定為「U」型，這樣雨水就無法淋入造成 控制器短路，另外還可在內外線接口處塗抹防水膠。
7： 在眾多太陽能路燈實際應用中，很多地方的太陽能路燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天更為突出，除使用了質量較差的相關組件外，另一個主要的原因就是一味降低組件成本，不按需求設計配置，減小電池板和蓄電池的使用標準，所以導致在陰雨天路燈無法提供照明。以下提供太陽能電池板和蓄電池配置計算公式：
一：首先計算出電流：
如：12V蓄電池系統； 30W的燈2隻，共60瓦。
電流 = 60W÷12V = 5 A
二：計算出蓄電池容量需求：
如：路燈每夜累計照明時間需要為滿負載 7小時（h）；
（如晚上8：00開啟，夜11：30關閉1路，凌晨4：30開啟2路，凌晨5：30關閉）
需要滿足連續陰雨天5天的照明需求。（5天另加陰雨天前一夜的照明，計6天）
蓄電池 = 5A × 7h ×（ 5+1）天 = 5A × 42h =210 AH
另外為了防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右；放電餘留20%左右。
所以210AH也只是應用中真正標準的70%左右。
三：計算出電池板的需求峰值（WP）：
路燈每夜累計照明時間需要為 7小時（h）；
★：電池板平均每天接受有效光照時間為4.5小時（h）；
最少放寬對電池板需求20%的預留額。
WP÷17.4V = （5A × 7h × 120%）÷ 4.5h
WP÷17.4V = 9.33
WP = 162（W）
★ ：4.5h每天光照時間為長江中下游附近地區日照係數。
另外在太陽能路燈組件中，線損、控制器的損耗、及鎮流器或恆流源的功耗各有不同，實際應用中可能在5%-25%左右。所以162W也只是理論值，根據實際情況需要有所增加。[1]