光伏太陽(yáng)能路燈設(shè)計(jì)原理

1、系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)基本組成簡(jiǎn)介

系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽(yáng)能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。

控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。

1.2 工作原理介紹

系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池白天太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽(yáng)能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽(yáng)能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以香港真明麗集團(tuán)有限公司的這款太陽(yáng)能LED大功率路燈為例，分幾個(gè)方面做分析。

2.1 太陽(yáng)能電池組件選型

設(shè)計(jì)要求：廣州地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時(shí)數(shù)8.5h，連續(xù)陰雨天數(shù)7天。

⑴ 廣州地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算廣州地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h；

⑵ 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH

⑶ 所需太陽(yáng)能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A

在這里，兩個(gè)連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計(jì)短天數(shù)為20天，1.05為太陽(yáng)能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。

⑷ 太陽(yáng)能組件的少總功率數(shù) = 17.2×5.9 = 102W

選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。

2.2 蓄電池選型

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12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個(gè)陰雨天，再加上個(gè)晚上的工作，蓄電池容量：

12.2×（7+1） = 97.6 （AH），選用2臺(tái)12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。

2.3 太陽(yáng)能電池組件支架

2.3.1 傾角設(shè)計(jì)

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)佳傾角。

關(guān)于太陽(yáng)能電池組件佳傾角問(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)，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料[1]，選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。

2.3.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì)

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。

⑴ 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。

在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用螺栓桿固定連接。

⑵ 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





如圖3，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作用線的距離為PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。

根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。

所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。

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×（3×842×4＋3×84×42＋43）= 88768mm3

=88.768×10－6 m3

風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)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(qiáng)度。

所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。

2.4 控制器

太陽(yáng)能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ芫邆溥^(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。

蓄電池防過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表1，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。



在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。

2.5 表面處理

該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP建材涂料為主，可以滿足客戶對(duì)產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時(shí)產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過(guò)GB的相關(guān)要求。

3、結(jié)束語(yǔ)

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；表面處理采用了目前的技術(shù)工藝；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。




戶用光伏電源產(chǎn)品的質(zhì)量直接關(guān)系到用戶的利益。目前我們國(guó)家有標(biāo)準(zhǔn)；GBT19064～2003家用太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)技術(shù)條件和試驗(yàn)方法對(duì)戶用光伏電源產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部件提出了相關(guān)的技術(shù)要求，對(duì)組裝成一體的產(chǎn)品整體性沒(méi)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2004年10月，lEC頒布了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62124立光伏系統(tǒng)一設(shè)計(jì)驗(yàn)證(PhotovOItaic(PV1standa10nesystems—Des_gnvermcation)，該標(biāo)準(zhǔn)制定了對(duì)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的程序，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)要求，從而可以對(duì)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行評(píng)估。

標(biāo)準(zhǔn)的范圍和目的

IEC62124標(biāo)準(zhǔn)所包括的技術(shù)性能測(cè)試方法和程序適用于立光伏發(fā)電系統(tǒng)。立光伏系統(tǒng)由多個(gè)部件組成，即使部件符合技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。該標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估。

系統(tǒng)性能試驗(yàn)要求和抽樣

系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)程序進(jìn)行性能試驗(yàn)。在試驗(yàn)進(jìn)行中，測(cè)試者應(yīng)嚴(yán)格遵守制造商的操作、安裝和連接指示。性能試驗(yàn)可以進(jìn)行室外試驗(yàn)，也可以進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。如果試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的室外測(cè)試條件和標(biāo)準(zhǔn)中的模擬室外條件相似，可以進(jìn)行室外試驗(yàn)。如果差別很大，則建議做室內(nèi)試驗(yàn)。試驗(yàn)條件能夠覆蓋系統(tǒng)被設(shè)計(jì)和使用的主要?dú)夂騾^(qū)。試驗(yàn)需要同一型號(hào)的系統(tǒng)抽取兩個(gè)樣品，如果有一個(gè)系統(tǒng)在任何一種試驗(yàn)中不合格，那么另一滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的系統(tǒng)將重新接受整個(gè)相關(guān)試驗(yàn)。如果這一系統(tǒng)也不合格那么該設(shè)計(jì)將被認(rèn)為達(dá)不到驗(yàn)證要求。

系統(tǒng)性能試驗(yàn)系統(tǒng)性能試驗(yàn)共分為三個(gè)階段：預(yù)處理、性能試驗(yàn)、大電壓時(shí)負(fù)載運(yùn)行的適用性。

1.預(yù)處理預(yù)處理試驗(yàn)的目的是為了確定系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的HVD(蓄電池充滿斷開時(shí)的電壓)、LVD(蓄電池欠壓斷開時(shí)的電壓)。試驗(yàn)前應(yīng)按照制造商的說(shuō)明對(duì)蓄電池進(jìn)行預(yù)處理(如果在系統(tǒng)文件中說(shuō)明蓄電池不需要預(yù)處理，則不進(jìn)行此項(xiàng)工作)。如果光伏組件為非晶硅，則應(yīng)進(jìn)行光致衰降試驗(yàn)。

2.性能試驗(yàn)有6個(gè)步驟

(1)初始容量試驗(yàn)(UBCO)：按照標(biāo)準(zhǔn)要求安裝好系統(tǒng)后，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和放電，測(cè)量蓄電池容量，由此得到蓄電池的初始可用容量(UBCO)

(2)蓄電池充電循環(huán)試驗(yàn)(BC)：給蓄電池再充電;

(3)系統(tǒng)功能試驗(yàn)(FT)：主要驗(yàn)證系統(tǒng)和負(fù)載運(yùn)行是否正常;

(4)第二次容量試驗(yàn)(UBCl)：通過(guò)對(duì)蓄電池的充放電，測(cè)量蓄電池的次可用容量(UBCl)和系統(tǒng)的立運(yùn)行天數(shù);

(5)恢復(fù)試驗(yàn)(RT)：確定光伏系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)放電的蓄電池的再充電能力;

(6)終容量試驗(yàn)(UBC2)：通過(guò)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和放電，測(cè)量蓄電池的第二次可用容量(UBC2)。性能試驗(yàn)6個(gè)步驟完成后，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)特性曲線，從而確定系統(tǒng)平衡點(diǎn)，并得出使系統(tǒng)正常運(yùn)行的安裝地點(diǎn)的小平均輻照量。

3.大電壓時(shí)負(fù)載運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證負(fù)載運(yùn)行在高輻照度和高充電狀態(tài)下大電壓值時(shí)的適應(yīng)性。在這些條件下負(fù)載將運(yùn)行1小時(shí)。負(fù)載應(yīng)不會(huì)損壞。系統(tǒng)性能試驗(yàn)從功能性、立運(yùn)行性和電池經(jīng)過(guò)過(guò)放狀態(tài)后的恢復(fù)能力等方面進(jìn)行了全面測(cè)試，從而給出系統(tǒng)不會(huì)過(guò)早失效的合理確認(rèn)。性能試驗(yàn)的合格依據(jù):


(1)整個(gè)試驗(yàn)中負(fù)載保持運(yùn)行狀態(tài)，除非充電控制器在蓄電池過(guò)放電狀態(tài)下與負(fù)載分離(如果發(fā)生了LVD，應(yīng)注明這個(gè)數(shù)據(jù));

(2)蓄電池容量的下降在整個(gè)測(cè)試期間不能超過(guò)10％;

(3)恢復(fù)：系統(tǒng)電壓在“恢復(fù)試驗(yàn)”中應(yīng)表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。、在整個(gè)恢復(fù)試驗(yàn)中，充入蓄電池的總安時(shí)數(shù)(Ah)應(yīng)大于或等于UBCl的50％;

(4)在UBCl容量測(cè)試后，負(fù)載再次在第3個(gè)“恢復(fù)試驗(yàn)”循環(huán)時(shí)或之前開始運(yùn)行;


(5)系統(tǒng)平衡點(diǎn)應(yīng)和被定義的小輻照量等級(jí)或低于此等級(jí)相匹配;

(6)測(cè)量的立運(yùn)行天數(shù)應(yīng)和制造廠定義的小立運(yùn)行天數(shù)或更多天數(shù)相匹配;


(7)根據(jù)制造商的技術(shù)指標(biāo)，在高輻照度期間和高荷電狀態(tài)下，負(fù)載運(yùn)行不會(huì)因電池產(chǎn)生的大電壓而損壞;

在試驗(yàn)期間不應(yīng)有樣品發(fā)生任何不正常的開路或短路現(xiàn)象。

完全滿足上述條件的系統(tǒng)為合格，否則系統(tǒng)為不合格。
光伏太陽(yáng)能路燈設(shè)計(jì)原理

1、系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)基本組成簡(jiǎn)介

系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽(yáng)能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。

控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。

1.2 工作原理介紹

系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池白天太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽(yáng)能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽(yáng)能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以香港真明麗集團(tuán)有限公司的這款太陽(yáng)能LED大功率路燈為例，分幾個(gè)方面做分析。

2.1 太陽(yáng)能電池組件選型

設(shè)計(jì)要求：廣州地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時(shí)數(shù)8.5h，連續(xù)陰雨天數(shù)7天。

⑴ 廣州地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算廣州地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h；

⑵ 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH

⑶ 所需太陽(yáng)能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A

在這里，兩個(gè)連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計(jì)短天數(shù)為20天，1.05為太陽(yáng)能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。

⑷ 太陽(yáng)能組件的少總功率數(shù) = 17.2×5.9 = 102W

選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。

2.2 蓄電池選型

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12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個(gè)陰雨天，再加上個(gè)晚上的工作，蓄電池容量：

12.2×（7+1） = 97.6 （AH），選用2臺(tái)12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。

2.3 太陽(yáng)能電池組件支架

2.3.1 傾角設(shè)計(jì)

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)佳傾角。

關(guān)于太陽(yáng)能電池組件佳傾角問(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)，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料[1]，選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。

2.3.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì)

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。

⑴ 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。

在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用螺栓桿固定連接。

⑵ 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





如圖3，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作用線的距離為PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。

根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。

所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。

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×（3×842×4＋3×84×42＋43）= 88768mm3

=88.768×10－6 m3

風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)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(qiáng)度。

所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。

2.4 控制器

太陽(yáng)能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ芫邆溥^(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。

蓄電池防過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表1，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。



在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。

2.5 表面處理

該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP建材涂料為主，可以滿足客戶對(duì)產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時(shí)產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過(guò)GB的相關(guān)要求。

3、結(jié)束語(yǔ)

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；表面處理采用了目前的技術(shù)工藝；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。




戶用光伏電源產(chǎn)品的質(zhì)量直接關(guān)系到用戶的利益。目前我們國(guó)家有標(biāo)準(zhǔn)；GBT19064～2003家用太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)技術(shù)條件和試驗(yàn)方法對(duì)戶用光伏電源產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)品)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品部件提出了相關(guān)的技術(shù)要求，對(duì)組裝成一體的產(chǎn)品整體性沒(méi)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2004年10月，lEC頒布了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62124立光伏系統(tǒng)一設(shè)計(jì)驗(yàn)證(PhotovOItaic(PV1standa10nesystems—Des_gnvermcation)，該標(biāo)準(zhǔn)制定了對(duì)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的程序，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)要求，從而可以對(duì)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行評(píng)估。

標(biāo)準(zhǔn)的范圍和目的

IEC62124標(biāo)準(zhǔn)所包括的技術(shù)性能測(cè)試方法和程序適用于立光伏發(fā)電系統(tǒng)。立光伏系統(tǒng)由多個(gè)部件組成，即使部件符合技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。該標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估。

系統(tǒng)性能試驗(yàn)要求和抽樣

系統(tǒng)應(yīng)依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)程序進(jìn)行性能試驗(yàn)。在試驗(yàn)進(jìn)行中，測(cè)試者應(yīng)嚴(yán)格遵守制造商的操作、安裝和連接指示。性能試驗(yàn)可以進(jìn)行室外試驗(yàn)，也可以進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。如果試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的室外測(cè)試條件和標(biāo)準(zhǔn)中的模擬室外條件相似，可以進(jìn)行室外試驗(yàn)。如果差別很大，則建議做室內(nèi)試驗(yàn)。試驗(yàn)條件能夠覆蓋系統(tǒng)被設(shè)計(jì)和使用的主要?dú)夂騾^(qū)。試驗(yàn)需要同一型號(hào)的系統(tǒng)抽取兩個(gè)樣品，如果有一個(gè)系統(tǒng)在任何一種試驗(yàn)中不合格，那么另一滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的系統(tǒng)將重新接受整個(gè)相關(guān)試驗(yàn)。如果這一系統(tǒng)也不合格那么該設(shè)計(jì)將被認(rèn)為達(dá)不到驗(yàn)證要求。

系統(tǒng)性能試驗(yàn)系統(tǒng)性能試驗(yàn)共分為三個(gè)階段：預(yù)處理、性能試驗(yàn)、大電壓時(shí)負(fù)載運(yùn)行的適用性。

1.預(yù)處理預(yù)處理試驗(yàn)的目的是為了確定系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的HVD(蓄電池充滿斷開時(shí)的電壓)、LVD(蓄電池欠壓斷開時(shí)的電壓)。試驗(yàn)前應(yīng)按照制造商的說(shuō)明對(duì)蓄電池進(jìn)行預(yù)處理(如果在系統(tǒng)文件中說(shuō)明蓄電池不需要預(yù)處理，則不進(jìn)行此項(xiàng)工作)。如果光伏組件為非晶硅，則應(yīng)進(jìn)行光致衰降試驗(yàn)。

2.性能試驗(yàn)有6個(gè)步驟

(1)初始容量試驗(yàn)(UBCO)：按照標(biāo)準(zhǔn)要求安裝好系統(tǒng)后，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和放電，測(cè)量蓄電池容量，由此得到蓄電池的初始可用容量(UBCO)

(2)蓄電池充電循環(huán)試驗(yàn)(BC)：給蓄電池再充電;

(3)系統(tǒng)功能試驗(yàn)(FT)：主要驗(yàn)證系統(tǒng)和負(fù)載運(yùn)行是否正常;

(4)第二次容量試驗(yàn)(UBCl)：通過(guò)對(duì)蓄電池的充放電，測(cè)量蓄電池的次可用容量(UBCl)和系統(tǒng)的立運(yùn)行天數(shù);

(5)恢復(fù)試驗(yàn)(RT)：確定光伏系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)放電的蓄電池的再充電能力;

(6)終容量試驗(yàn)(UBC2)：通過(guò)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和放電，測(cè)量蓄電池的第二次可用容量(UBC2)。性能試驗(yàn)6個(gè)步驟完成后，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)特性曲線，從而確定系統(tǒng)平衡點(diǎn)，并得出使系統(tǒng)正常運(yùn)行的安裝地點(diǎn)的小平均輻照量。

3.大電壓時(shí)負(fù)載運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證負(fù)載運(yùn)行在高輻照度和高充電狀態(tài)下大電壓值時(shí)的適應(yīng)性。在這些條件下負(fù)載將運(yùn)行1小時(shí)。負(fù)載應(yīng)不會(huì)損壞。系統(tǒng)性能試驗(yàn)從功能性、立運(yùn)行性和電池經(jīng)過(guò)過(guò)放狀態(tài)后的恢復(fù)能力等方面進(jìn)行了全面測(cè)試，從而給出系統(tǒng)不會(huì)過(guò)早失效的合理確認(rèn)。性能試驗(yàn)的合格依據(jù):


(1)整個(gè)試驗(yàn)中負(fù)載保持運(yùn)行狀態(tài)，除非充電控制器在蓄電池過(guò)放電狀態(tài)下與負(fù)載分離(如果發(fā)生了LVD，應(yīng)注明這個(gè)數(shù)據(jù));

(2)蓄電池容量的下降在整個(gè)測(cè)試期間不能超過(guò)10％;

(3)恢復(fù)：系統(tǒng)電壓在“恢復(fù)試驗(yàn)”中應(yīng)表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。、在整個(gè)恢復(fù)試驗(yàn)中，充入蓄電池的總安時(shí)數(shù)(Ah)應(yīng)大于或等于UBCl的50％;

(4)在UBCl容量測(cè)試后，負(fù)載再次在第3個(gè)“恢復(fù)試驗(yàn)”循環(huán)時(shí)或之前開始運(yùn)行;


(5)系統(tǒng)平衡點(diǎn)應(yīng)和被定義的小輻照量等級(jí)或低于此等級(jí)相匹配;

(6)測(cè)量的立運(yùn)行天數(shù)應(yīng)和制造廠定義的小立運(yùn)行天數(shù)或更多天數(shù)相匹配;


(7)根據(jù)制造商的技術(shù)指標(biāo)，在高輻照度期間和高荷電狀態(tài)下，負(fù)載運(yùn)行不會(huì)因電池產(chǎn)生的大電壓而損壞;


(8)在試驗(yàn)期間不應(yīng)有樣品發(fā)生任何不正常的開路或短路現(xiàn)象。

完全滿足上述條件的系統(tǒng)為合格，否則系統(tǒng)為不合格。草坪燈


太陽(yáng)能草坪燈主要利用太陽(yáng)能電池的能源來(lái)進(jìn)行工作，當(dāng)白天太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池上，把光能轉(zhuǎn)變成電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池在晚間為草坪燈的LED（發(fā)光二極管）提供電源。其優(yōu)點(diǎn)主要為安全、節(jié)能、方便、環(huán)保等。
太陽(yáng)能草坪燈控制器它包含一塊我公司專項(xiàng)開發(fā)的集成電路（XD6601）以及部分外圍元件。主要功能包含充電電路，驅(qū)動(dòng)電路，光敏控制電路和脈寬調(diào)制電路等。
該控制器具有高轉(zhuǎn)換效率：80~85％（典型值），可以減少太陽(yáng)能電池版的功率要求；低啟動(dòng)電壓：0.9V（大值）；可調(diào)輸出電流等特點(diǎn)。XD6601D為DIP8封裝，安裝極為方便。
太陽(yáng)能草坪燈光源及電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法由于太陽(yáng)能草坪燈特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到迅速發(fā)展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對(duì)可移動(dòng)性要求高。另外，電路鋪設(shè)困難，防水要求高，這些使得由太陽(yáng)電池供電的草坪燈顯示出許多的優(yōu)勢(shì)。尤其國(guó)外市場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)能草坪燈需求十分，2002年，僅廣東和深圳用于制造出口太陽(yáng)能草坪燈消耗的太陽(yáng)能電池就達(dá)到2MW，相當(dāng)于當(dāng)年國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量的1/3，今年仍然保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，這是人們沒(méi)有預(yù)料到的。同時(shí)，由于發(fā)展太快，有些產(chǎn)品技術(shù)上不夠成熟，在光源的選擇以及電路設(shè)計(jì)中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，浪費(fèi)了許多資源。本文針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提出我們的看法，供生產(chǎn)太陽(yáng)能草坪燈的工廠參考。

太陽(yáng)能草坪燈光源的選擇

目前多數(shù)草坪燈選用LED作為光源，LED壽命長(zhǎng)，可以達(dá)到100000h以上，工作電壓低，非常適合應(yīng)用在太陽(yáng)能草坪燈上。特別是LED技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了其關(guān)鍵的突破，并且其特性在過(guò)去5年中有很大提高，其性能價(jià)格比也有較大的提高。另外，LED由低壓直流供電，其光源控制成本低，使調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)都成為可能，并且不會(huì)對(duì)LED的性能產(chǎn)生不良影響。還可以方便地控制顏色，改變光的分布，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)幻景，所以它特別適用在太陽(yáng)能草坪燈上。但是LED有它許多固有的特性，使用時(shí)如果不注意就會(huì)造成不良后果。LED目前市場(chǎng)上銷售的發(fā)光效率僅能達(dá)到15 lmW，只能達(dá)到三色基色節(jié)能燈13，三色基色節(jié)能燈的發(fā)光效率可以達(dá)到50－60 lmW，從價(jià)格上看，目前生產(chǎn)每1m的成本：三色基色節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）0．022元，2002年φ5mm白光LED價(jià)格為1．9－3．0元，目前生產(chǎn)每1m的格相差懸殊。從使用壽命上看，三色基色節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）的壽命可以達(dá)到6000h，LED可以達(dá)到100000h以上，從表面上看LED壽命是三色基色高節(jié)能燈（含電子鎮(zhèn)流器）的幾十倍，但是事實(shí)并非如此。目前太陽(yáng)能草坪燈大多數(shù)采用亮白光LED，它在20mA下亮白光LED光通維持率達(dá)到初始強(qiáng)度50％的時(shí)間（壽命）不到10000h，復(fù)旦大學(xué)電光源所曾經(jīng)證明上述論點(diǎn)。這就是說(shuō)，目前在許多情況下LED并非好的太陽(yáng)能草坪燈光源，除非它是低檔的使用年限僅1－2年的太陽(yáng)能草坪燈，或者是1W以下的太陽(yáng)能草坪燈。對(duì)于1W以上的太陽(yáng)能草坪燈，好使用三色基色節(jié)能燈。目前有一些太陽(yáng)能草坪燈用30－40只亮白光LED，輸入功率2W以上，在這種情況下如果用三色基色節(jié)能燈，價(jià)格只有LED的110，光通量是原來(lái)的4倍，可喜的是現(xiàn)在已經(jīng)研制成功2－10W的低壓直流三色基色節(jié)能燈，壽命可以達(dá)到6000h。

根據(jù)上面分析，我們認(rèn)為1W以下的小功率太陽(yáng)能草坪燈，有調(diào)節(jié)明暗，頻繁開關(guān)的功能，一般應(yīng)該使用LED作為光源。但是在使用亮白光LED時(shí)特別要注意光通維持率問(wèn)題，否則容易引起質(zhì)量事故。對(duì)于功率較大的太陽(yáng)能草坪燈，目前使用三色基色節(jié)能燈比較合理。這里要強(qiáng)調(diào)的是，以上結(jié)論僅僅是目前的分析，當(dāng)LED技術(shù)水平提高以后，價(jià)格下降，以上結(jié)論需要調(diào)整。

升壓電路效率的提高
小功率太陽(yáng)能草坪燈一般都有升壓電路，目前各廠家采用震蕩電路，電感升壓。電感采用標(biāo)準(zhǔn)色碼電感器，標(biāo)準(zhǔn)色碼電感器中使用開放磁路，磁通損失大，所以電路效率低。如果采用閉合磁路制造電感升壓，如磁環(huán)，升壓電路效率將有很大提高。我們?cè)?jīng)用φ10磁環(huán)制造電感，在同等條件下進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)比樣品分別是浙江寧波某工廠及江蘇鎮(zhèn)江某工廠生產(chǎn)的小功率太陽(yáng)能草坪燈，采用閉合磁路制造電感要比采用標(biāo)準(zhǔn)色碼電感器效率提高20％～40％。

查看全部介紹