太阳能路灯工作原理电路图 市电互补太阳能路灯工作原理

1、系统介绍

1.1系统基本构成的概要

系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱（控制器、电池内置）、灯杆的几个部分构成。太阳能电池板光效率达到127Wp/m2，效率高，对系统的耐风设计非常有利。头部作为平面发光源，将1W的白光LED和1W黄光LED集成在印刷电路板上以一定间距排列的点矩阵中。

控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用。控制箱内部配置免维护铅酸蓄电池以及充放电控制器。本系统选择阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护较少，也被称为“免维护电池”，有利于降低系统维护费用。充放电控制器在设计上，兼顾了功能齐全（具备光控制、时控制、过填充保护、过释放保护、反向连接保护等）和成本控制，实现了高的性价值比。

1.2动作原理的介绍

系统的动作原理简单，光生伏特效应原理制作的太阳电池在白天太阳能电池板接收太阳辐射能转换成电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚照度为10lux左右，太阳能电池板电路电压为4.5V左右逐渐降低，充放电控制器检测该电压值并动作，电池向灯头放电。电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护电池。

2、系统设计思想

太阳光路灯的设计与一般的太阳光照明相比，基本原理是相同的，但是需要考虑的环节更多。以下，以香港真明丽集团有限公司的这个太阳能LED大功率路灯为例，分几个方面进行分析。

2.1太阳能电池组件选项

设计要求：保证广州地区负荷输入电压24V消耗功率34.5W，每天工作时间8.5h，连续阴雨天数7天。（1）广州地区近20年的平均辐射量为107.7Kcal/cm2，简单计算广州地区的峰值日照时间约为3.424h。负载日耗电量=12.2AH（3）必要的太阳能模块的总充电电流=1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A这里，两个连续的阴雨天数之间的设计最短的天数是20天，1.05是太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85是电池充电效率。（4）太阳能模块的最小总功率数=17.2×5.9=102W

选择峰值输出110Wp、单块55Wp的标准电池组件，可以保证街灯系统一年中大部分情况下的正常工作。

2.2电池选项

电池设计容量的计算比太阳光组件的峰值瓦数简单。

从上述计算可知负载日耗电量是12.2AH。如果蓄电池满了，可以连续7天工作在阴雨天，加上第一个晚上的工作蓄电池容量：12.2×（7+1）=97.6（AH），选择2台12V100AH的蓄电池即可满足要求。

2.3太阳能电池组件支架

2.3.1倾斜角设计

为了尽可能多地增加太阳能电池组件一年内接收到的太阳辐射能，选择太阳能电池组件的最佳倾斜角度。

太阳能电池组件）关于最佳倾斜角问题的讨论，近年来在一些学术杂志上经常出现。这次路灯使用地区是广州地区，根据这次设计参考了相关文献资料1，选定太阳能电池组件支架的倾斜角为16o。

2.32耐风设计

在太阳能灯系统中，结构上非常重视的问题是耐风设计。耐风设计主要分为两个块，一个是电池组件支架的耐风设计，二个是灯杆的耐风设计。以下，通过以上两个模块分别进行分析。太阳能电池组件支架的耐风设计

根据电池零件制造商的技术参数资料，太阳能电池组件耐受的风力是270pa。如果选定的耐热系数为27m/s（相当于震级10），根据非粘性流体力学，电池单元所承受的风压只不过是365帕。因此，组合件本身可以完全承受27m/s的风速而不会损坏。因此，在设计中重要的是电池组件支架和灯杆的连接。

在本路灯系统的设计中，电池组件支架和灯杆的连接设计使用螺栓棒进行固定连接。（2）街灯棒的耐风设计

街灯的参数如下。

电池板倾斜角A=16o灯杆高度=5m

设计选择灯杆底部焊接宽度δ=4mm灯底外径=168mm

如图3所示，焊接处的灯条破坏面。从灯破坏面电阻力矩W的计算点p到灯接收的电池板作用荷重F作用线为止的距离是pQ=5000+（168+6）/tan16o×Sin16o=1545mm=1.545m。因此，风荷载灯破坏面的作用力矩M=F×1.545。

根据27m/s设计的最大容许风速、2×30W的双头太阳能路灯电池板的基本负载为730N。考虑到1.3的安全系数，F=1.3×730=949N。所以，M=F×1.545=949×1.545=1466N.m。根据数学推导，圆环破坏面的电阻力矩W＝π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。

上式中r为圆环内径δ圆环的宽度。

破坏面电阻力矩W=π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）=π×（3×842×4＋3×84×42＋43）=88768mm3=88.768×10－6m3

风荷载由于破坏面上力矩的作用应力=M/W=1466/（88.768）×10－6）=16.5×106pa=16.5Mpa<215 Mpa中，215 Mpa是Q235钢抗弯强度。

因此，只要设计中选择的焊接宽度满足要求，焊接质量得到保证，灯杆的耐风就没有问题。

2.4控制器

太阳能充放电控制器主要作用是保护电池。基本功能必须具备过充电保护、过放电保护、光控制、时控制和反连接防止等。

防止电池过充电？表1所示为过放电保护电压的一般参数，当电池电压达到设定值时，使电路的状态发生变化。

在选择设备方面，目前既有采用单片机的，也有采用比较器的，方案多，各有特点和优点，应根据客户群的需求特征选择相应的方案，在此不作详细描述。

2.5表面处理

该系列产品采用静电涂装新技术，以FP专业建材涂料为主，对客户产品的表面颜色和环境可满足协调一致的要求，同时产品的自洁性高，耐腐蚀性强，抗老化，适用于任何气候环境。加工技术设计在热浸锌基础上涂装，大大提高了产品性能，达到了最严格的AAA2605。2005的要求是其他指标达到或超过GB的相关要求。

3、结束语

整体设计基本上考虑了各个阶段。光伏组件的峰值瓦数选择型设计和蓄电池容量选择型设计采用目前最通用的设计方法，设计思想比较科学。耐风设计从电池总成支架和灯杆两个方面进行分析，分析比较全面。表面处理采用了目前最先进的技术技术技术。街灯整体结构简洁美观。经过实际运行，证明了各阶段之间的整合性比较好。

现在，太阳能LED照明的首次投资问题依然是困扰我们的主要问题。但是，太阳能电池的光效逐渐提高，价格逐渐下降，同样市场上LED的光效在急速提高，但价格却在下降。与太阳能可再生、无尘污染和LED环保节能相比，传统的化石能源日益紧张，使用后对环境造成严重污染。因此，太阳能LED照明作为盛行的户外照明，显示着无限的生命力和广阔的前景。