太阳能LED路灯系统设计方案

太阳能LED路灯系统设计方案

1.0总述

如今，太阳能已经成为人们公认的结净的绿色能源，并逐渐应用于民生，造福人类。其中太阳能庭院灯就是太阳能应用方式的一种，依靠白天太阳照射太阳能光伏组件而产生电能，并将所产生的电能输送到蓄电池进行储存。晚上当光照度降到一定程度时或达到某一时刻，通过控制器控制，使蓄电池对光源用电器放电。待到光照度升高到一定程度或某一时刻时，自动关闭用电。

2.0系统总体设计

太阳能路灯主要由太阳电池组件、组件支架、电控箱(内装控制器、蓄电池)、灯杆(含灯具)等几部分组成。系统示意图如下图：

图1 太阳能路灯系统示意图

2.1系统设置

本系统使用地区为**，其平均标准光照小时数为4.46小时。设系统每天正常工作8小时，每月连续阴雨天为5天，每两个连续阴雨天间隔20天。

2.2设计流程

本系统设计过程主要包括：灯杆的选型，灯具的选型，太阳能组件的配置，蓄电池、控制器的配置，系统保护措施设定。

3.0灯杆的选型

灯杆是整个路灯的支撑部分，对其硬度，高度，抗风能力，防腐等有较高的要求;现在常用的材料为Q235，通过一系列工艺加工而成，表面喷镀80μm的防腐层。

本系统安装路况为主干道，路宽30米，采用双侧对称排布。根据路灯施工设计规范(见表1)，本系统采用截光型灯具，安装高度为10米(按照标准本应安装高度为15M，但是考虑高度越高，需要灯具的功率越大，灯杆设计越复杂，综合考虑后选择灯杆为12米，灯具安装高度为10米)，间距为30米。灯杆上下口直径为Ф70/Ф250，材料厚度为3.75mm，圆锥度为11‰，地基尺寸500*500，法兰盘尺寸及孔间距400*400*18-300，基础架尺寸为300*300-Ф18。

表1 灯具的配光类型、布置方式与灯具的安装高度、间距的关系

注: Weff为路面有效宽度(m)。

4.0路灯功率的选择

根据路灯施工设计规范中对机动车交通道路照明标准(见表2)的要求，本系统属于级别I，路面平均照度取20勒克斯(lx)。则由此可得出灯具的总光通量为：

光通总量=(平均光照度*维护系数*照射面积)/(灯具数量*灯具利用系

数)=(20*0.9*15*30)/0.95=8526lm。

目前作为道路照明的灯具有多种，包括高压/低压钠灯，节能灯，LED灯等。其中LED等具有明显的优势，是未来道路照明灯具的趋势，其优势表现为：

1、LED光照效率高，使用寿命长，能使用5万小时以上;安装简便：无需加埋电缆无需整流器等;具有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的;

2、LED的光源效率高目前已达90-110lm/W，且光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求。

3.维护成本低：相对于传统路灯，LED路灯维护成本极低，经过比较，不到6年即可收回全部投入成本。

综合上述原理，大功率LED路灯的节能效果显著，代替高压钠灯可节电60%，依照市面上LED灯具的功率及其光通量数据，选择120W(直流24V)较合适。

LED灯具有交流和直流两种，为减少成本以及功率损耗，本系统选择直流LED灯，型号为D24/120。

注：灯具利用系数是指投射到一条无限长一定宽度的平直道路上的光通量与LED 灯具输出光通量的比值。

5.0蓄电池、电池板选型

选型过程：

(1)负载日耗电量

Q=W*H/U=120*8/24=40Ah。式中U为系统蓄电池标称电压

(2)满足负载日用电的太阳能电池组件的充电电流

I1=Q*1.05/h/0.85/0.9=40*1.05/4.46/0.85/0.9A=12.3A

式中1.05为太阳能充电综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率、0.9为控制器效率，h为标准峰值时数，为4.46小时。

(3)蓄电池容量的确定

满足连续5个阴雨天正常工作的电池容量C

C=Q*(d+1)/0.8*1.1=40*6/0.8*1.1=330Ah

式中0.8为蓄电池放电深度，1.1为蓄电池安全系数，选取2节12V180Ah的电池串成电池组。

(4)连续阴雨天过后需要恢复蓄电池容量的太阳能电池组件充电电流I2

I2=C*0.8/h/D=330*0.8/4.46/20=2.96A

式中0.8为蓄电池放电深度，D为两次连续阴雨天间隔天数。

(5)太阳电池组件的功率为(I1+I2)*30=(12.3+2.96)*30=457Wp

式中30为太阳电池组件工作电压，选取2块峰值功率为230W的太阳能电池组件。

6.0控制器选型

控制器是整个路灯系统中充当管理者的关键部件，它的最大功能是对蓄电池进行全面的管理，好的控制器应当根据蓄电池的特性，设定各个关键参数点，比如蓄电池的过充点、过放点，恢复连接点等。

光伏控制器的配置选型要根据整个系统的各项技术指标并参考厂家提供的产品样本手册来确定。一般要考虑下列几项技术指标：

1、系统工作电压

指太阳能发电系统中蓄电池组的工作电压，这个电压要根据直流负载的工作电压或交流逆变器的配置造型确定，一般有12V、24V、48V、110V和220V等。

2、光伏控制器的额定输入电流和输入路数

光伏控制器的额定输入电流取决于太阳能电池组件或方阵的输入电流，选型时光伏控制器的额定输入电流应等于或大于太阳能电池的输入电流。光伏控制器的输入路数要多于或等于太阳能电池方阵的设计输入路数。小功率控制器一般只有一路太阳能电池方阵输入，大功率光伏控制器通常采用多路输入，每路输入的最大电流=额定输入电流/输入路数，因此，各路电池方阵的输出电流应小于或等于光伏控制器每路允许输入的最大电流值。