湖南浩峰照明工程有限公司

長沙浩峰太陽能LED太陽能路燈詳細(xì)介紹

湖南長沙浩峰照明工程太陽能有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)太陽能LED路燈、太陽能（無極燈）路燈、太陽能風(fēng)能互補(bǔ)路燈。在設(shè)計——研發(fā)——生產(chǎn)太陽能LED路燈方面突破了太陽能路燈常見的三大問題（功率高，LED光衰快，無功耗輸出多）等嚴(yán)重影響路燈造價與效率的問題。大大減少了成本，增長了使用壽命。更久遠(yuǎn)的售后服務(wù)與質(zhì)保使太陽能路燈的推廣工作，節(jié)約能源事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。以下是本公司太陽能路燈方面的設(shè)計方案：

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一、系統(tǒng)介紹

1.系統(tǒng)基本組成簡介
系統(tǒng)由長沙光合太陽能電池組件部分（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；長沙光合太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計非常有利；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)費用的降低；充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實現(xiàn)很高的性價比。

2.工作原理介紹

系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的長沙光合太陽能電池白天長沙光合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(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、長沙光合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(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。

二、系統(tǒng)設(shè)計思想

長沙光合太陽能路燈的設(shè)計與一般的長沙光合太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以湖南長沙光合長沙光合太陽能有限公司的這款長沙光合太陽能LED大功率路燈為例，分幾個方面做分析。

1 長沙光合太陽能電池組件選型

設(shè)計要求：長沙地區(qū)，負(fù)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 長沙地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算長沙地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h；

⑵ 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH

⑶ 所需長沙光合太陽能組件的總充電電流= 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(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為長沙光合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。

⑷ 長沙光合太陽能組件的最少總功率數(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)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行。

2 蓄電池選型

蓄電池設(shè)計容量計算相比于長沙光合太陽能組件的峰瓦數(shù)要簡單。

根據(jù)上面的計算知道，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臺12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。

3 長沙浩峰太陽能電池組件支架

3.1 傾角設(shè)計

為了讓長沙光合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，我們要為長沙光合太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。

關(guān)于長沙浩峰太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為長沙地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料[1]，選定長沙光合太陽能電池組件支架傾角為16o。

3.2 抗風(fēng)設(shè)計

在長沙浩峰太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計。抗風(fēng)設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。⑴ 長沙光合太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計

依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，長沙浩峰太陽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)于十級臺風(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)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。

⑵ 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計

路燈的參數(shù)如下：

電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m

設(shè)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=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)計最大允許風(fēng)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?？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(fēng)是沒有問題的。

2.4 控制器

長沙浩峰太陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時控與防反接等。

蓄電池防過充、過放保護(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，各有特點和優(yōu)點，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點選定相應(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(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過GB的相關(guān)要求。

三、總結(jié)

整體設(shè)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(shè)計與蓄電池容量選型設(shè)計采用了目前最通用的設(shè)計方法，設(shè)計思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)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(jìn)的技術(shù)工藝；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，長沙浩峰太陽能LED照明的初投資成本問題仍然是困擾我們大面積擴(kuò)廣的一個主要問題。但是，長沙浩峰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。與長沙浩峰太陽能的可再生、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(yán)重的污染。所以，長沙浩峰太陽能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。