Technical articles
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一、前言
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，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。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，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受重视。同时，随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的优势，太阳能路灯、太阳能庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。
全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展急需解决的问题。每年照明消耗电能约占全部电能消耗的12%～15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。据我国国家绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在3000亿度以上，道路照明用电量占1/3如用太阳能取代，这相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。
二、国家政策
中国光伏发电产业起步于20世纪70年代，经过30多年的努力，迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”和“送电到乡”等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦，2008年太阳能电池的产量达到了200万千瓦。2008下半年以来，金融风暴危及到中国，光伏企业深受影响：订单减少，多晶硅价格下降。这次金融危机的影响是深远的，但太阳能以其独特的优势，决定了它的发展趋势并没有也不可能改变。此次金融危机，对正处于行业洗牌阶段的太阳能产业来说，并不一定是件坏事，反而对促进产业的快速升级具有现实意义。另外中央实行的一些措施都着眼于拉动内需、拉动农村经济发展、拉动中小企业发展，对太阳能热利用行业发展非常有益。
在金融危机形势下，2009年3月中国出台了“太阳能屋顶计划”，2009年7月21日财政部、科技部、国家能源局联合宣布在我国正式启动“金太阳”示范工程。这些政策将推动国内太阳能发电市场的发展，在我国政府强有力的政策引导下，光伏产业不仅让国内企业看到了机遇，而且已经吸引了世界的目光。中国科学院党组已正式批准启动实施太阳能行动计划，该计划以2050年前后太阳能作为重要能源为远景目标，并确定了2015年分布式利用、2025年替代利用、2035年规模利用三个阶段目标，太阳能产业在中国市场发展前景广阔。
无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。同时，使用太阳能也是一个明智的选择。如果使用太阳能电池板为您的电器供电，在收到每个月的电费单时，您就能体会到这一点。另外，太阳能是环保的选择——如果您知道使用太阳能将为您的孩子留下一个更环保的美好世界，您一定会感到自豪。
三、太阳能路灯的优势
1、市电照明路灯安装复杂：市电照明路灯工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能路灯安装简便：太阳能路灯安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。
2、市电照明路灯电费高昂：市电照明路灯工作中需要支付固定高昂的电费，并且需要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能路灯具免电费：太阳能路灯是一次性投入，几乎无任何维护成本，长期受益。
3、市电照明路灯存在安全隐患：市电照明路灯在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面都会带来诸多安全隐患。 农村太阳能路灯没有安全隐患：太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势：绿色环保。
4、综上对比所述，太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。
四、太阳能路灯照明系统设计
1、太阳能路灯的组成
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及支架。
2、工作原理介绍
太阳能路灯是利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板，白天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5lux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12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控制路灯打开和关闭，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。
3、系统设计
3.1、总体设计
根据《工业企业照明设计标准》和《城市道路照明设计标准》的规定，厂区道路主干路平均照度12lux，均匀度0.35，次干路平均照度8lux，均匀度0.35，支路平均照度5lux，均匀度0.3。设计时充分考虑到冬天日照时间短，我们采取多项措施保证全年100%的亮灯率。具体有以下几个方面:
A、我们加大了太阳能电池板的输出功率，常规情况下90W的光源，太阳能电池板选用150WP*2可正常工作。为了保证全年100%的亮灯率，我们针对这个项目加装市电互补的功能，可以实现电池欠压的情况下自动切换成市电供电。
B、结合梯次电池的单块电芯的容量和电压，我们配比了单块116AH电芯，做成6串1并的电池组，实际标准容量为22.2v116ah。
设计效果
1．照度
水平照度最大值为20Lux；
水平照度最小值为5Lux；
水平照度平均值为12Lux；
2．显色指数：80以上；
3．色温： 4000K。
3.2、 太阳能电池组件设计
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池。在太阳光充足、日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。由于佛山地区平均日照短的特性（经计算平均照时数约为3.8H/天），综合对比和当地地理环境分析我们采用单晶硅太阳能电池板，太阳能组件选用总功率数300WP的太阳能电池组件，保证连续阴雨都能正常亮灯。以充分发挥其性能，保证系统的稳定性。
3.3、太阳能控制器设计
无论太阳能灯具大�。桓鲂阅芰己玫某涞绶诺缈刂破魇潜夭豢缮俚�。控制器不仅延长蓄电池的使用寿命，且对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，控制器还具备温度补偿功能。同时太阳能控制器还要具有路灯控制功能，具有光控、时控、市电互补功能，并具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。
3.4、物联网模块
太阳能系统增加4G物联网模块，实现对控制器的远程读取、控制，并保存灯具数据，并实现故障报警等功能。
3.5、灯杆及支架
（1） 倾角设计
为了让太阳能电池组件在一年中接收到尽可能多的太阳辐射能，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。 关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为重庆地区，选定太阳能电池组件支架倾角为30度。
（2） 抗风设计
在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析：
A、太阳能电池组件支架的抗风设计
依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。
B、路灯灯杆的抗风设计
采用旧灯杆改造，不做阐述。
（3）表面处理
采用旧灯杆改造，不做阐述。
3.6、防雷接地：
LED路灯的工作电压一般为12V或24V，属安全电压，不做电气保护接地。
六、太阳能灯具和普通灯具的投资比较
按照太阳能市电互补，按使用寿命10年进行分析对比。见下表：
通过以上分析得知：太阳能一次性投入略高于普通灯具，但在运行成本及维护上大大节省。太阳能路灯除储电池外整体可用25年，10年后太阳能路灯的经济效益更为可观，并且完全符合节能减排的国家相关政策，并为子孙后代造福。
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