太阳能道路照明装置的设计

太阳能道路照明装置的设计

Abstract Through many years of design and practice, this paper presents a processing mode for solar street lighting installation layout, configuration calculation, light source selection, illumination calculation, and special sector installation.

Keywords Peak sunshine hours, Centralized Power Supply, light source

0 引言

太阳能道路照明装置是一种利用太阳能作为能源的照明装置，因其具有不受市电供电影响，不用开沟埋线或架空电线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点而受到人们的广泛关注。太阳能道路照明装置的主要应用就是太阳能路灯。其广泛应用于乡村旅游道路，城乡结合公路、偏远山区等，尤其适合安装在交通不便的偏远山区和不方便接入市电的地区，具有广泛的市场前景。

1 太阳能路灯照明的参考标准太阳能路灯的照明由于系统各方面的限制，不可能按照市电的照明标准来要求，目前可以借鉴的主要是一些地方标准，如北京市的地方标准《太阳能光伏室外照明装置技术要求》（DB11/T542-2008），其中对于照明标准方面规定：乡村街道、道路维持水平平均照度在3-4lx ，水平照度均匀度 0.1~0.

2 ，灯具的类型采用半截光型灯具。

2 太阳能路灯设计

2.1 现场勘查太阳能路灯由于采用太阳能辐射进行发电，对于路灯安装的具体地点具有特殊的要求，太阳能路灯安装前必须对安装地点进行现场勘查。勘查的内容主要有：

1、察看安装路段道路两侧（主要是南侧或东、西两侧）是否有树木、建筑等遮挡,有树木或者建筑物遮挡可能影响采光的，测量其高度以及与安装地点的距离，计算确定其是否影响太阳能电池组件采光 ;对太阳能光照的一般要求是太阳能光照至少能保证上午9：00 至下午

3：00 之间不能有影响采光的遮挡。

2、观察太阳能灯具安装位置上空是否有电缆、电线或其它影响灯具安装的设施（注意：严禁在高压线下方安装太阳能灯具）;

3、了解太阳能路灯基础及电池舱部位地下是否有电缆、光缆、管道或其它影响施工的设施，是否有禁止施工的标志等。安装时尽量避开以上设施，确实无法避开时，请与相关部门联系，协商同意后方可进行施工。

4、避免在低洼或容易造成积水的地段安装;

5、对安装地段进行现场拍照 ;

6、测量路段的宽度、长度、遮挡物高度和距离等参数，记录路向并和照片等资料一起提供给方案设计者供参考。

2.2 安装布置

1、根据道路的宽度、照明要求，选择安装布灯方式：

a、单侧布置

b、双侧对称布置；

c、双侧交错布置

（川单侧布JE M双侧交错布SE 任｝双侧討称布置

图1太阳能路灯布置的三种方式

2、灯具的悬臂长度不宜超过安装高度的1/4，灯具的仰角不宜超过15 °

3、灯具的安装高度（H）、间距（S）与路宽（W）和布置方式间的关系如下：

表1灯具的安装高度（H）、间距（S）与路宽（W）和布置方式间的关系

灯具布置方式安装高度（H）间距（S）

单侧布置0.8~1W4~5 H

双侧对称布置0.4~0.5W4~5 H

双侧交错布置 0.6~0.7W4~5 H

2.3光源选择

太阳能路灯光源的选择原则是选择适合环境要求、光效高、寿命长的光源。同时为了提

高太阳能发电的使用效率，尽量选择直流输入光源，避免由于引入逆变器而带来的功率损失

（由于小型逆变器的效率比较低，一般低于80%）。

常用的光源类型有：三基色节能灯、高压钠灯、低压钠灯、LED陶瓷金卤灯、无极灯

等。现针对应用最多的太阳能灯具光源加以分析比较：

下表为常见直流输入光源的特性表：

表2常见直流输入光源特征一览表

光源种类光效（lm/w）显色指数（Ra）色温（K）平均寿命（h）特点

三基色节能灯 6080~902700~64005000光效高、光色好、成本低、应用广泛

高压钠灯100~120402000~240024000光效高、寿命长、透雾性强，更加适合道路照明

低压钠灯150以上30180028000光效特高、寿命长、透雾性好，显色性差

无极灯55~70852700~650040000寿命长、无频闪、显色性好

LED60~80806500（白色）30000寿命长、无紫外红外辐射、低电压工作、可辐射多种光色、可调功率

陶瓷金卤灯80~110903000~400012000寿命长、光效高、显色性好

具体选用时参照道路状况和客户要求进行选择，需要注意的是各种光源都有一定的功率

限制和常用规格，选择功率时尽量选择常用的光源功率。近年来也出现了一些新型的光源，如混光型节能路灯灯具，将高显色性、高色温的金卤灯和高效光源低压钠灯两种光源系统一体化置于灯具电器仓内，

使整体光效及显色性色温明显提高的同时，一定程度上也提高了照

明质量。

2.4系统配置计算

太阳能路灯配置的计算一般按照独立光伏系统的设计方法进行，可以采用专用的设计软

件来进行设计，近年来使用较多的如加拿大环境资源部和美国宇航局（NASA）联合开发的RetScreen软件等。下面介绍太阳能路灯配置的简单估算方法：

2.4.1 峰值日照时数的计算

公式如下：峰值日照时数 =A/(3.6 X365)

A为倾斜面的上年辐照总量，单位为 MJ/m2

例如：某地的方阵面上的年辐照为6207 MJ/m2，则年峰值日照时数为：

6207 £.6 £65=4.72 小时

2.4.2 系统电压的确定

1、太阳能路灯光源的直流输入电压作为系统电压，一般为12V或24V,特殊情况下也

可以选择交流负载，但必须增加逆变器才能工作 ;

2、选择交流负载时，系统的直流电压在条件允许的情况下，尽量提高系统电压，以减少线损 ;

3、系统直流输入电压选择还要兼顾控制器、逆变器等电器件的选型。

2.4.3 太阳能板的容量计算对于太阳能路灯，整体系统配置计算公式如下：

P=光源功率X光源工作时间X17/12) m峰值日照时数讯0.85 X0.85)

其中P为电池组件的功率，单位为 W; 光源工作时间单位为 h;

峰值日照时数单位为 h;

0.85 分别为蓄电池的库仑效率和电池组件衰减、方阵组合损失、尘埃遮挡等综合系数

例如：光源功率为18W每天工作8小时，当地的年日照时数为 4.0，则需要的太阳能

板功率为 18X8X(17/12) m4m(0.85 X0.85)=70.5W

具体选择太阳能板的功率时根据太阳能板的规格进行选取即可。

2.4.4 蓄电池容量计算

首先根据当地的阴雨天情况确定选用的蓄电池类型和蓄电池的存贮天数，一般北方选择

的存贮天数在 3~5 天，西部少雨地区可以选用 2 天，南方的多雨地区存贮天数可以适当增加。容量计算公式如下：

蓄电池容量=负载功率X日工作时间X存贮天数+1)方放电深度療统电压其中：蓄电池容量单位为Ah;

负载功率单位为 W; 日工作时间单位为 h;

存贮天数单位为 d; 放电深度，一般取 0.7 左右

系统电压单位为 V

例如：光源功率为18W每天工作8小时，蓄电池存贮天数为3天，则需要的蓄电池容

量为： 18X8X4m0.7m12=68Ah

然后根据系统电压和容量的要求选配蓄电池。

以上计算没有考虑温度的影响，若蓄电池的最低工作温度低于-20 C,应对蓄电池的放

电深度加以修正，具体修正系数可咨询蓄电池厂家。

2.4.5 平均照度计算

在对道路进行照明设计时，对照度、亮度及均匀度的计算是必不可少的，一般情况下可以采用道路照明设计软件或照明计算表进行计算，也可以根据灯具的配光曲线进行简单的计算。下面给出常用道路的平均照度计算公式，读者可以进行照度计算或者根据照度计算路灯间距及光源功率等参数，供读者自行参考。

计算公式

其中：F---光源的总光通量（Im）;

U---利用系数（由灯具利用系数曲线查出）；