太陽能路燈系統設計方案

如今，太陽能已經成為人們公認的結凈的綠色能源，并逐漸應用于民生，造福人類。其中太陽能庭院燈就是太陽能應用方式的一種，依靠白天太陽照射太陽能光伏組件而產生電能，并將所產生的電能輸送到蓄電池進行儲存。晚上當光照度降到一定程度時或達到某一時刻，通過控制器控制，使蓄電池對光源用電器放電。待到光照度升高到一定程度或某一時刻時，自動關閉用電。
2.0系統總體設計
太陽能路燈主要由太陽電池組件、組件支架、電控箱（內裝控制器、蓄電池）、燈桿（含燈具）等幾部分組成。
2.1系統設置
本系統使用地區為**，其平均標準光照小時數為4.46小時。設系統每天正常工作8小時，每月連續陰雨天為5天，每兩個連續陰雨天間隔20天。
2.2設計流程
本系統設計過程主要包括：燈桿的選型，燈具的選型，太陽能組件的配置，蓄電池、控制器的配置，系統保護措施設定。
3.0燈桿的選型
燈桿是整個路燈的支撐部分，對其硬度，高度，抗風能力，防腐等有較高的要求；現在常用的材料為Q235，通過一系列工藝加工而成，表面噴鍍80μm的防腐層。
本系統安裝路況為主干道，路寬30米，采用雙側對稱排布。根據路燈施工設計規范（見表1），本系統采用截光型燈具，安裝高度為10米（按照標準本應安裝高度為15M，但是考慮高度越高，需要燈具的功率越大，燈桿設計越復雜，綜合考慮后選擇燈桿為12米，燈具安裝高度為10米），間距為30米。燈桿上下口直徑為Ф70/Ф250，材料厚度為3.75mm，圓錐度為11‰，地基尺寸500*500，法蘭盤尺寸及孔間距400*400*18-300，基礎架尺寸為300*300-Ф18。
表1燈具的配光類型、布置方式與燈具的安裝高度、間距的關系

注:Weff為路面有效寬度(m)
4.0路燈功率的選擇
根據路燈施工設計規范中對機動車交通道路照明標準（見表2）的要求，本系統屬于級別I，路面平均照度取20勒克斯（lx）。則由此可得出燈具的總光通量為：光通總量=（平均光照度*維護系數*照射面積）/（燈具數量*燈具利用系數）=（20*0.9*15*30）/0.95=8526lm。
 

表2 機動車交通道路照明標準值
(含迎賓路、通向政府機關和大型公共建筑的主要道路，位于市中心或商業中心的道路)
目前作為道路照明的燈具有多種，包括高壓/低壓鈉燈，節能燈，LED燈等。其中LED等具有明顯的優勢，是未來道路照明燈具的趨勢，其優勢表現為：
1、LED光照效率高，使用壽命長，能使用5萬小時以上；安裝簡便：無需加埋電纜無需整流器等；具有獨特的二次光學設計，將LED路燈的光照射到所需照明的區域，進一步提高了光照效率，以達到節能目的；
2、LED的光源效率高目前已達90-110lm/W，且光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍達到道路使用照度要求。
3.維護成本低：相對于傳統路燈，LED路燈維護成本極低，經過比較，不到6年即可收回全部投入成本。
綜合上述原理，大功率LED路燈的節能效果顯著，代替高壓鈉燈可節電60%，依照市面上LED燈具的功率及其光通量數據，選擇120W（直流24V）較合適。
LED燈具有交流和直流兩種，為減少成本以及功率損耗，本系統選擇直流LED燈，型號為D24/120。
注：燈具利用系數是指投射到一條無限長一定寬度的平直道路上的光通量與LED燈具輸出光通量的比值。
5.0蓄電池、電池板選型
選型過程：
（1）負載日耗電量Q=W*H/U=120*8/24=40Ah。式中U為系統蓄電池標稱電壓
（2）滿足負載日用電的太陽能電池組件的充電電流I1=Q*1.05/h/0.85/0.9=40*1.05/4.46/0.85/0.9A=12.3A式中1.05為太陽能充電綜合損失系數，0.85為蓄電池充電效率、0.9為控制器效率，h為標準峰值時數，為4.46小時。
（3）蓄電池容量的確定滿足連續5個陰雨天正常工作的電池容量CC=Q*（d+1）/0.8*1.1=40*6/0.8*1.1=330Ah式中0.8為蓄電池放電深度，1.1為蓄電池安全系數，選取2節12V180Ah的電池串成電池組。
（4）連續陰雨天過后需要恢復蓄電池容量的太陽能電池組件充電電流I2I2=C*0.8/h/D=330*0.8/4.46/20=2.96A式中0.8為蓄電池放電深度，D為兩次連續陰雨天間隔天數。
（5）太陽電池組件的功率為（I1+I2）*30=（12.3+2.96）*30=457Wp式中30為太陽電池組件工作電壓，選取2塊峰值功率為230W的太陽能電池組件。
6.0控制器選型
控制器是整個路燈系統中充當管理者的關鍵部件，它的最大功能是對蓄電池進行全面的管理，好的控制器應當根據蓄電池的特性，設定各個關鍵參數點，比如蓄電池的過充點、過放點，恢復連接點等
光伏控制器的配置選型要根據整個系統的各項技術指標并參考廠家提供的產品樣本手冊來確定。一般要考慮下列幾項技術指標：
1、系統工作電壓
指太陽能發電系統中蓄電池組的工作電壓，這個電壓要根據直流負載的工作電壓或交流逆變器的配置造型確定，一般有12V、24V、48V、110V和220V等。
2、光伏控制器的額定輸入電流和輸入路數
光伏控制器的額定輸入電流取決于太陽能電池組件或方陣的輸入電流，選型時光伏控制器的額定輸入電流應等于或大于太陽能電池的輸入電流。光伏控制器的輸入路數要多于或等于太陽能電池方陣的設計輸入路數。小功率控制器一般只有一路太陽能電池方陣輸入，大功率光伏控制器通常采用多路輸入，每路輸入的最大電流=額定輸入電流/輸入路數，因此，各路電池方陣的輸出電流應小于或等于光伏控制器每路允許輸入的最大電流值。
3、光伏控制器的額定負載電流
也就是光伏控制器輸出到直流負載或逆變器的直流輸出電流，該數據要滿足負載或逆變器的輸入要求。
除上述主要技術數據要滿足設計要求以外，使用環境溫度、海拔高度、防護等級和外形尺寸等參數以及生產廠家和品牌也是控制器配置造型時要考慮的因素。
本系統選用額定電壓24V，額定電流20A的控制器。
7.0安裝要求
1.燈桿：燈桿安裝地點不宜有高大樹木，燈桿因安裝點應距路邊有一定距離。
2.懸挑：燈具的懸挑長度不宜超過安裝高度的1/4。
3.燈具：燈具的仰角不宜超過15°，最大光強投射方向和垂線交角不宜超過65°。
4.地基：地基設置地點必須排水順暢；距安裝地點10米內存在河流、水坑等低洼積水點，則地基最低點必須高于積水點50年內最高水位；安裝地點地下不能鋪設有電纜、光纜等公共設施，影響施工、安裝。

8.0總結
太陽能路燈的優越性是不容置疑的，然而它的經濟性卻一直受到質疑。原因是它的初始投資太大。其中最貴的是太陽能電池板。而為了保證在連續3－5個陰雨天氣還能正常工作，通常太陽能電池的功率要比LED消耗功率大2－3倍。另一個價錢比較貴的就是LED燈頭。鉛蓄電池也占用不部分成本。盡管太陽能路燈的初始安裝成本要大于市電路燈，但是太陽能路燈在安裝之后追加成本非常低，而市電路燈除了每天固定消耗電網電能外，在線路維護、燈具更換等方面的頻率和成本要遠遠大于太陽能路燈，長期成本要大的多。
太陽能照明的其它優勢：綠色環保，能為高尚生態小區的開發和推廣增加新的賣點；可持續降低物業管理成本，減少業主公共分攤部分的費用。
綜上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節能無消耗、綠色環保、安裝簡便、自動控制免維護等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設直接帶來明顯可利用的優勢。