太陽能LED照明原理與技術

　　前言：隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的辦法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。

　　太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源，每天達到地球表面的輻射能大約等于２．５億萬桶石油，可以說是取之不盡、用之不竭。ＬＥＤ的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，所以發(fā)光效率高，一般人都認為，節(jié)能燈可節(jié)能４／５是偉大的創(chuàng)舉，但ＬＥＤ比節(jié)能燈還要節(jié)能１／４，這是固體光源更偉大的改革。

　　太陽能ＬＥＤ照明集成了太陽能與ＬＥＤ的優(yōu)點。

　?。?、系統(tǒng)介紹

　?。保薄∠到y(tǒng)基本組成簡介

　　系統(tǒng)由太陽能電池電池

　　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，由于其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利于系統(tǒng)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(xiàn)很高的性價比。

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　　系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至１０ｌｕｘ左右、太陽能電池板開路電壓４．５Ｖ左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電８．５小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。

　?。?、系統(tǒng)設計思想

　　太陽能路燈的設計與一般的太陽能照明相比，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有限公司的這款太陽能ＬＥＤ大功率路燈為例，分幾個方面做分析。

　?。玻薄√柲茈姵亟M件選型

　　設計要求：廣州地區(qū)，負載輸入電壓２４Ｖ功耗３４．５Ｗ，每天工作時數(shù)８．５ｈ，保證連續(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)簡單計算廣州地區(qū)峰值日照時數(shù)約為３．４２４ｈ；

　?、啤∝撦d日耗電量?。健。健。保玻玻粒?/P>

　?、恰∷杼柲芙M件的總充電電流＝　１．０５×１２．２×÷（３．４２４×０．８５）＝５．９Ａ

　　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，１．０５為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，０．８５為蓄電池充電效率。

　?、取√柲芙M件的最少總功率數(shù)?。健。保罚病粒担埂。健。保埃玻?/P>

　　選用峰值輸出功率１１０Ｗｐ、單塊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。

　?。玻病⌒铍姵剡x型

　　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１２．２ＡＨ。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：

　?。保玻病粒ǎ罚保。健。梗罚丁。ǎ粒龋?，選用２臺１２Ｖ１００ＡＨ的蓄電池就可以滿足要求了。

　?。玻场√柲茈姵亟M件支架

　?。玻常薄A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)本次設計參考相關文獻中的資料［１］，選定太陽能電池組件支架傾角為１６ｏ。

　?。玻常病】癸L設計

　　在太陽能路燈系統(tǒng)中，結構上一個需要非常重視的問題就是抗風設計?？癸L設計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設計，二為燈桿的抗風設計。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(jù)電池組件廠家的技術參數(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)的設計中電池組件支架與燈桿的連接設計使用螺栓桿固定連接。

　?、啤÷窡魺魲U的抗風設計

　　路燈的參數(shù)如下：

　　電池板傾角Ａ?。健。保叮铩　　　　　　　　魲U高度?。健。担?/P>

　　設計選取燈桿底部焊縫寬度δ?。健。矗恚怼魲U底部外徑?。健。保叮福恚?/P>

　　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?。健。郏担埃埃埃ǎ保叮福叮簦幔睿保叮铮荨痢。樱椋睿保叮铩。健。保担矗担恚怼。剑保担矗担?。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩Ｍ?。健。啤粒保担矗?。

　　根據(jù)２７ｍ／ｓ的設計最大允許風速，２×３０Ｗ的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為７３０Ｎ?？紤]１．３的安全系數(shù)，Ｆ?。健。保场粒罚常啊。健。梗矗梗巍?/P>

　　所以，Ｍ?。健。啤粒保担矗怠。健。梗矗埂粒保担矗怠。健。保矗叮叮危怼?/P>

　　根據(jù)數(shù)學推導，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩Ｗ?。健ˇ小粒ǎ常颍拨模常颚模玻模常?。

　　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?。健ˇ小粒ǎ常颍拨模常颚模玻模常溅小粒ǎ场粒福矗病粒矗场粒福础粒矗玻矗常健。福福罚叮福恚恚?/P>

　?。剑福福罚叮浮粒保埃丁。恚?/P>

　　風荷載在破壞面上作用矩引起的應力?。健。停祝健。保矗叮叮ǎ福福罚叮浮粒保埃叮。剑保叮怠粒保埃叮穑帷。剑保叮怠。停穑幔迹迹玻保担停穑?/P>

　　其中，２１５?。停穑崾牵眩玻常典摰目箯潖姸?。

　　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。

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　　太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^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(shù)如表１，當蓄電池電壓達到設定值后就改變電路的狀態(tài)。

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

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　　該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術，以ＦＰ專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設計為熱浸鋅的基礎上涂裝，使產(chǎn)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。

　?。?、結束語

　　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；表面處理采用了目前最先進的技術工藝；路燈整體結構簡約而美觀；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。