太阳能路灯照明系统的工作原理_太阳能led路灯的工作原理是怎样的

太阳能是地球上最直接、最普遍、最清洁的能源。作为一种巨大的可再生能源，每天到达地球表面的辐射能约为2.5亿桶石油，可以说是取之不尽用之不竭。LED的光谱几乎都集中在可见光波段，所以发光效率高。一般来说节能灯可以节能4/5，这是一个很大的创举，但是LED可以比节能灯节能1/4，这是对固态光源更大的改革。

太阳能LED照明综合了太阳能和LED的优点。

太阳能LED大功率路灯工作原理分析

1、系统介绍

1.1系统基本组件介绍

该系统由太阳能电池组件(包括支架)、LED灯座、控制箱(带控制器和蓄电池)和灯杆组成。太阳能电池板的光效达到127Wp/m2，非常高效，有利于系统的抗风设计。在灯座部分，1W白光LED和1W黄光LED集成在印刷电路板上，以一定距离排列成点阵，作为平面光源。

控制箱采用不锈钢材质，美观耐用；免维护铅酸蓄电池和充放电控制器放在控制箱内。该系统采用阀控密封铅酸蓄电池，因其维护量少，又被称为“免维护蓄电池”，有利于降低系统的维护成本。充放电控制器的设计考虑了完整的功能(包括光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等。)和成本控制，实现高性价比。

1.2工作原理介绍

该系统的工作原理很简单。白天，由光伏效应制成的太阳能电池接收太阳辐射能量并转化为电能，通过充放电控制器储存在蓄电池中。夜晚，当照度逐渐降低到10lux左右，太阳能电池板开路电压约为4.5V时，充放电控制器检测到这个电压值并动作，蓄电池对灯头放电。电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护电池。

2、系统设计思想

太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但需要考虑的环节更多。下面将以港李振明集团有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例，从几个方面进行分析。

2.1太阳能电池模块选择

设计要求：在广州，负载输入电压24V，功耗34.5W，每天工作时间8.5h，连续阴雨天7天。

(1)广州近二十年平均年辐射量为107.7大卡/平方厘米，经简单计算广州日照时数峰值约为3.424小时；

(2)负荷日用电量==12.2AH

(3)太阳能电池组件所需的总充电电流=1.0512.2(3.4240.85)=5.9a

这里连续两个雨天之间的最短设计日为20天，1.05为太阳能电池组件系统的综合损耗系数，0.85为蓄电池的充电效率。

(4)太阳能组件的最小总功率=17.25.9=102W W。

选择峰值输出110Wp，单块55Wp的标准电池模块，应该可以保证路灯系统在一年的大部分情况下正常工作。

2.2电池选择

电池设计容量的计算比太阳能模块中的峰值瓦数更简单。

根据上面的计算，负载的日耗电量为12.2AH，电池充满后可以连续工作7个雨天，加上第一个晚上的工作，电池容量为：

12.2(7 ^ 1)=97.6(AH)，两节12V100AH电池即可满足要求。

2.3太阳能电池模块支架

倾斜角度设计

为了使太阳能电池组件在一年中接收尽可能多的太阳辐射，我们应该为太阳能电池组件选择一个最佳的倾角。

近年来，在一些学术期刊上有很多关于太阳能电池组件最佳倾角的讨论。路灯在广州地区使用。根据本设计相关文献[1]中的信息，太阳能电池组件支架的倾角选择为16o。

抗风设计

在太阳能路灯系统中，一个需要非常注意的结构问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两部分，一是电池组件支架的抗风设计，二是灯杆的抗风设计。下面分别根据以上两块进行分析。

太阳能电池组件支架的抗风设计

根据电池组件厂商的技术资料，太阳能组件能承受的迎风压力为2700Pa。如果风阻系数取27m/s(相当于10级台风)，根据无粘流体力学，电池模块承受的风压只有365Pa。所以模块本身完全可以承受27m/s的风速而不被损坏。因此，设计中重点考虑的是电池总成支架与灯柱之间的连接。

在这套路灯系统的设计中，电池模块支架与灯杆的连接设计采用螺栓柱固定。

灯杆抗风设计。

路灯的参数如下：

面板倾斜角度A=16o灯柱高度=5m。

设计选取灯杆底部焊缝宽度=4mm，灯杆外径=168mm，即灯杆失效面。灯杆破损面阻力矩W的计算点P到灯杆上面板荷载作用线F的距离为PQ=[5000(168 6)/tan 16 o]sin 16 o=1545mm=1.545m.因此，风荷载对灯杆破坏面的作用力矩为M=F1.545。

按照设计最大允许风速27m/s，双灯头230W太阳能路灯板的基本负荷为730N。考虑到安全系数1.3，F=1.3730=949N。

因此，M=F1.545=9491.545=1466N.m

根据数学推导，环形破坏面的抵抗矩w= (3R2+3R 2+ 3)。

上式中，r是环的内径，是环的宽度。

滑动面的抵抗矩w= (3R2+3R 2+ 3)

=(38424+38442+43)=88768 mm3

=88.76810-6立方米

滑动面上风荷载力矩引起的应力=M/W

=1466/(88.76810-6)=16.5106帕=16.5兆帕<<215兆帕

其中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。

因此，设计中选择的焊缝宽度满足要求。只要能保证焊接质量，灯柱的抗风是没有问题的。

2.4控制器

太阳能充放电控制器的主要作用是保护电池。基本功能必须具有过充保护、过放保护、灯光控制、时间控制和防反接功能。

表1显示了防止过充电和过放电的电池保护电压的一般参数。当电池电压达到设定值时，电路的状态将会改变。

在器件的选择上，目前有一些单片机和一些比较器，方案很多，各有特点和优势。对应的方案要根据客户群的需求来选择，这里就不细说了。

2.5表面处理

该系列产品采用静电涂装新技术，主要是FP专业建材涂料，能满足客户对产品表面颜色和环境和谐的要求。同时，产品具有较高的自洁性，较强的耐腐蚀性和抗老化性，适用于任何气候环境。加工工艺设计为在热浸锌的基础上进行涂层，大大提高了产品性能，符合AAMA2605.2005最严格的要求，其他指标均达到或超过GB的相关要求。

结论

整体设计基本考虑到了所有环节；光伏组件的峰值瓦数选择设计和电池容量选择设计采用目前最常见的设计方法，设计思路科学；抗风设计从电池总成支架和灯柱两部分分析，分析全面；表面处理采用目前最先进的技术；路灯整体结构简洁美观；实际运行证明，各环节配合良好。

目前，太阳能LED照明的初期投资仍然是困扰我们的一大难题。但是太阳能电池的光效在逐渐提高，价格也会逐渐降低。同样，市场上LED的光效也在快速提升，但价格却在降低。与可再生能源相比，清洁能源

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