关于太阳能路灯若干问题的研究Word版

关于太阳能路灯若干问题的研究

摘要：随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法。而太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，在国内外的应用中越来越得到重视。作为太阳能在光伏应用领域的一个分支，太阳能路灯在国内外的发展都是比较迅速的，安装和使用的规模呈逐年增加的趋势，随着太阳能路灯照明技术的不断完善，太阳能照明终将成为一个新趋势，太阳能路灯在未来的市场里将占有很高的地位。但是太阳能路灯在技术和安装方面还存在很多问题，针对云南省太阳能路灯的推广和应用，通过太阳能路灯的工程实践，本文结合昆明地区太阳能资源发展规划和需求，从施工安装、系统设计标准、维修维护、防盗功能、可持续性五个角度，对现行太阳能路灯现状进行分析和研究，优化了太阳能路灯系统设计，创新性的提出了太阳能路灯地面方位角确定的测量方法。

关键词：太阳能；路灯；技术性能；技术问题；问题研究

0 引言

我国照明用电量目前占总用电量的13% 左右[3]。路灯是一个耗电大户，目前我国城市照明(包括道路照明和景观照明)的年用电量约占全国总发电量的4％～5％，已超过三峡水电站发电量[5]。近几年太阳能在光伏方面的应用及产业发展异常迅速，年增长率均超过40％，体现了世界各国对气候变化及环境保护的重视。我国在广大城乡开展了太阳能路灯的安装，目前全国累计安装太阳能路灯的太阳能电池容量超过10MW 。但是在太阳能路灯安装中也存在一些问题[14]。本文通过太阳能路灯的工程实践，针对云南省太阳能路灯安装的现状及安装中存在的问题进行了研究和分析，提出了一些创新性的建议。

随着世界能源危机日趋严重，为满足不断扩大的能源需求，光伏产业的发展步伐不断加快，光伏发电系统的应用范围也越来越广泛[17]。

1 太阳能路灯存在的问题

通过太阳能路灯的工程实践，我发现在实际安装中，没有一个较为方便简洁的方法来解决太阳电池板方位角的确定。因此，实现太阳电池板方位角由空中定位向地面定位转变具有现实意义，也是太阳能路灯应用上企业希望解决的实际问题之一。另外，在太阳能路灯的安装选址上也存在很多弊端，一些企业和单位安装太阳能路灯仅仅是因为盲目的追求路灯的高科技性，却没有按照正确的要求来选址，安装太阳能路灯仅仅作为一个摆设，降低了利用率，或者因安装缺乏科学性，致使太阳电池组件产生热斑效应，从而降低了太阳电池组件的使用寿命。

从系统设计标准角度看，为确保路灯的正常工作，一方面要考虑系统各方面的性能；另一方面要考虑太阳能路灯设备的正确选择；从而使太阳能路灯的可靠性得到保证。

从维护的角度看，太阳能路相对传统路灯较为复杂，主要表现在太阳电池组

件和蓄电池的维护上，其次是控制器以及其他方面的维护。太阳电池组件因为老

化和热斑效应的作用，降低了使用寿命；而蓄电池的损坏直接导致了太阳能路灯

系统无法正常工作。因此，做好太阳能路灯维护的维护工作，是保证路灯在使用

过程中有较好的可靠性、延长路灯使用寿命的一个重要环节。

太阳能路灯使用的蓄电池和太阳电池组件是太阳能路灯能够正常工作的两

个主要部件，由于经济价值较高，容易被盗。蓄电池和太阳电池组件被盗频率很

高，严重影响到了太阳能路灯的正常工作。因而，蓄电池和太阳电池组件被盗已

成为制约太阳能路灯广泛应用的最主要的人为因素。

从可持续性角度看，太阳能路灯自投入使用后，在不出现任何故障的情况下，

蓄电池的使用寿命仍是有限的，超过其使用周期，蓄电池的回收更换如何得到保

障或者说回收更换由谁来承担是制约太阳能路灯可持续发展的核心问题，该问题

若得不到解决，太阳能路灯作为节能环保产品推广应用的初衷将受到挑战。

2 太阳能路灯的研究和优化设计

对太阳能路灯系统进行合理的设计，避免了资源的浪费，同时也有效地增强

了太阳能路灯系统的可靠性和寿命，使其在实际使用中具有更大的优越性。

太阳能路灯的设计一般有多种方法，电池组件容量设计可用以下公式计算：

o

P I I Q W /365h ⋅⨯=η (1) 式中 Q —日用电量，W ·h ；

η—系统的效率；

o I —标准太阳辐照度，21000-⋅m W ；

h I —倾斜太阳能组件上的太阳辐射量，2-⋅m MJ 。

当地水平面年平均太阳辐射量为t I ，倾斜面上的太阳辐射量为

t h I I *=1.1[15]。

以下选用较为简便的公式来进行计算。

2.1 太阳能路灯的系统优化

为确保太阳能路灯在使用中具有良好的可靠性，首先在考虑路灯性能时要注

意以下几个方面：①结构设计；②照度设计；③电性能设计；④道路及与其联接

的特殊场所照明设计。其次是路灯的设备选择要严格按照性能设计中的标准，选

择安全性和质量都符合要求的设备。具体设计步骤如下：

1、负载用电量测算：

首先确定所选灯具功率P ，根据以下公式计算出灯具用电量，

t ⨯=P Q (2) 式中 Q —灯具用电量，W ·h ；

t —灯具用电时间,h 。

要求昆明地区光源：20W LED 灯 (每天工作6h)则根据公式（2）可得：Q=120 W ·h ；

2、蓄电池容量确定：

蓄电池容量的计算方法有多种，一般用以下公式计算： KU

QDF C = （3） 式中 C —蓄电池容量，A ·h ；

D —最长无日照用电天数；

F —蓄电池放电容量修正系数（=充入安时数/放电安时数），通常取1.2； Q —负载用电量，W ·h ；

U —蓄电池放电深度（通常取0.5）；

K —包括逆变器在内的交流回路的损耗率，通常取0.8；

如果选用通常情况所取的系数，上式可简化为：

DQ C ⨯=3 （4）

然后选择系统的直流电压。根据负载功率确定系统的直流电压（蓄电池电压）。确定的原则是：①在条件允许的情况下，提高系统电压有助于减少线路损耗；②直流电压选择要符合我国直流电压标准等级，即、24V 、48V 等；上限不超过300V ，以便于选择元器件和充电电源。用确定的电压（U ）除以上式可以得到用A ·h 表示的蓄电池容量： U

DQ C ⨯=3 （5） 昆明地区最长无日照用电天数按照5天计算，直流电压选择12V ，则根据上式

（5）可得蓄电池容量：C=150（A ·h ）；

3、太阳电池组件功率确定：

计算平均峰值日照时数m

T