太阳能路灯供电系统在高速公路析木服务区的应用

太阳能路灯供电系统在高速公路析木服务区的应用

摘要：文中简单介绍了太阳能路灯供电系统的组成、工作原理与影响系统设计的相关要素。并根据析木服务区所在地理位置、气候条件及负载大小进行太阳能电池方阵与蓄电池的设置，经与电力系统路灯对比分析，太阳能路灯供电系统更具经济性、环保性和社会推广意义。

关键词：太阳能路灯供电系统服务区

abstract: this paper briefly introduces the solar street lamps of power supply system composition, working principle and influence factors of the system design related. and according to the post-mortem geographical position, where wood service climate conditions and load size phalanx of solar cells and batteries set, the electric power system with a comparative analysis of the street lamp, solar lights power supply system more economics and environmental protection and social significance for popularization.

keywords: solar street lamps power supply system of the service area

引言

传统的燃料能源在给人类文明带来进步，生产力大力发展的同

时，也给我们的生存环境带来了灾难。随着时间的推移，传统的燃料能源日益减少，传统燃料燃烧后对环境造成的危害也日益突出。节约电能对保护环境具有重要意义。

太阳能供电是国际上公认并倡导的绿色供电方式之一，它具有节约能源、减少污染的特点。太阳能路灯供电系统是由太阳能电池板白天吸收太阳能量，并将能量储存在蓄电池中，夜晚再由蓄电池放电，供发光体照明。随着太阳能供电技术的日益成熟，太阳能路灯在各个行业、各个领域得以广泛应用。

led灯节能、安全、寿命长，非常适合应用在太阳路灯上。特别是led技术已经经历了其关键的突破，其性能价格比也有较大的提高。

一、太阳能路灯供电系统组成与工作原理

太阳能路灯供电系统是由太阳能电池方阵，控制系统，专用蓄电池，光源，专用灯具和镇流器，路灯灯杆组件等组成。

图1系统原理框图

工作原理：利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5v左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。

二、影响太阳能供电系统设计的诸多因素

太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度（即大气质量）、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响，其能量在一日、一月和一年内都有很大的变化，甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别。

太阳能电池方阵的光电转换效率，受到电池本身的温度、太阳光强和蓄电池电压浮动的影响，而这三者在一天内都会发生变化，所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量。

对太阳能电池方阵而言，负载应包括系统中所有耗电装置（除用电器外还有蓄电池及线路、控制器等）的耗量。

方阵的输出功率与组件串并联的数量有关，串联是为了获得所需要的工作电压，并联是为了获得所需要的工作电流，适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能电池方阵。

为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。

（1）方位角

太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北半球）30°度时，方阵的发电量将减少约10%～15%；在偏离正南（北半球）60°时，方阵的发电量将减少约

20%～30%。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。

（2）倾斜角

倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。将太阳能电池板正面正对太阳(或正南稍偏西)，倾角与当地纬度一致既可。

对于服务区路灯供电系统的设计来说，我们的任务是：在太阳能电池方阵所处的环境条件下（即现场的地理位置、太阳辐射能、气候、气象、地形和地物等），设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要讲究经济效益，又要保证系统的高可靠性。

三、析木服务区太阳能路灯系统设计方案

1、项目地区地理位置及气候条件

析木服务区位于丹海高速公路k112+300处，地处东经123°，北纬40.3°，气候温和，年平均气温10．4℃，降雨量721．3毫米，处于暖温带季风气候区，是太阳能资源比较丰富的地区，全省常年日照较多，可以充分的利用太阳能资源进行大规模的发电利用。2、系统最佳倾角及日照时数

光伏系统和产品要根据负载的要求和当地的气象及地理条件，析木地处东经123°，北纬40.3°，该地区水平面太阳辐照量数据详

见表1，数据来源为nasa（美国国家航天航空局）提供的23年（1983-2005）的月平均辐照量。光伏系统设计的原则为在充分满足用户负载用电需要的条件下，尽量减少太阳电池和蓄电池的容量，以达到可靠性和经济性的最佳结合。

独立电站最佳角度的选取采用“四季均衡，弱季最大”的原则。以保证冬天不会因为日照不足而产生断电，通过计算得出最佳倾角为42°。最佳倾角日照时数为5h，全年日照总量为1825小时。最佳倾角辐射量数据详见表2。

3、系统配置

析木服务区位于丹海高速公路k112+300处，在高速公路两侧对称布置，服务区南、北两侧路灯各20盏，灯杆高8m，灯头采用60w/220v led灯。本服务区采用集中太阳能路灯供电系统，以太阳能电站的形式给路灯供电。服务区南、北侧太阳能路灯分布一致，太阳能系统配置的相同。

单侧服务区设计路灯20盏，灯头功率60w/盏，路灯夜间连续工作14小时（取冬季最长工作时间），按2个连阴天考虑。考虑到路灯供电距离较远，负载采用dc220v供电系统，以减少电压损失，并采用市电作为补充电源，提高系统运行可靠性，避免由于2天以上阴雨天造成路灯熄灭的情况发生。