常见问题

1 太阳能路灯系统的组成及特点

1.1 太阳能电池

太阳能电池是太阳能路灯的核心部分，其作用是将太阳的光能转换为电能,然后在蓄电池中存储起来。太阳能电池板材料最主要的材料是硅元素。常见的有以下3种。

1)单晶硅太阳能电池,它的光电转换率约为15%,最高可达24%,是太阳能电池板中转换率最高的,但其制作成本较高,制约了它的大规模使用,使用寿命一般可达15年。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足、日照好的地区采用较多。

2)多晶硅太阳能电池,它的生产成本较单晶硅电池低,使用范围较单晶硅电池板广,但其光电转换率一般在12%左右,使用寿命也相对较短。一般在太阳光充足的地区采用。

3)非晶硅太阳电池,它硅材料应用很少,电耗更低。目前大面积生产的硅薄膜太阳能电池的光电转换效率为5%～10.2%。实验室目前最高可达19.1%。但稳定性方面不如硅太阳能电池板,并且随使用时间延长,转换率会衰减。一般在室外阳光不足,光线较弱的的条件下使用。

1.2 蓄电池

蓄电池在系统中起储存电能和调节(释放)的作用。目前,常用的蓄电池有铅酸蓄电池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H 蓄电池。在选择时,需要考虑在夜晚或阴雨天没有太阳辐射光的情况下,满足路灯的供电时间及供电量需求。

1.3 太阳能控制器

无论太阳能灯具的大小,一个性能良好的充电、放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充电、放电条件加以限制,防止蓄电池过度充电及深度充电。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。太阳能控制器应兼具光控、时控功能,并应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。

1.4 电光源

表1为主要光源的性能比较。LED光源在光效、电压、启动时间、表面温度和寿命等方面较白炽灯和节能灯有明显的优势,而显色指数略低不影响其作为户外道路照明的主要功能,在太阳能路灯系统中可优先考虑LED电光源。

表1 几种主要电光源的性能比较

1.5 灯杆及灯具外壳

灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距,道路的照度标准确定。灯具外壳的选择在美观和节能之间均衡考虑。

2 系统设计

据我国太阳能资源划分,四川省年日照时数为1 000～1 400 h,属于最低的Ⅴ类,制约了太阳能在该地区的发展和推广,但在四川盆地外围日照时数是相对较高的,甚至接近Ⅰ类地区。本文以四川省甘孜州某支干路太阳能路灯安装为例,进行本文路灯系统的优化设计。

2.1 工程概况

甘孜藏族自治州位于四川省西部,全州地处青藏高原东南缘,主要属青藏高原气候,其特点是大气层薄而清洁,透明度好,太阳辐射强,日照时间长,在太阳能资源方面较四川省其他地区有得天独厚的优越条件,具有太阳能利用的良好基础。当地政府大力推广太阳能路灯照明,符合新农村建设的宗旨,有利于国家的可持续发展。

2.2 方案设计

2.2.1 电光源

采用LED灯珠,60 W；工作电压DC24 V；工作温度：-35℃～40℃。使用寿命大于50 000 h；3 000 h光衰小于1%；10 000 h光衰小于3%；50 000 h光衰不大于30%色温：≥4 000 K。每天工作10 h,其中进入夜间后5 h,路人稀少,可采用半功率,同时减少电池板的配置,有利于节能。根据公式：负载日用电量=全功率前5 h工作时间+半功率后5 h工作时间=60×5+60×0.5×5=450(W·h)。

2.2.2 太阳能电池组件

根据表2,甘孜州的日平均峰值日照时数为4.78h,综合损耗系数取1.8,根据经验公式：太阳能电池功率=(负载日用电量/当地日照时数)×综合损耗系数可得出 24V系统的太阳能电池功率=(450/4.78)×1.8≈169(W)。

表2 甘孜地区接收太阳能辐照时数与月份和太阳板方阵角度关系 h

太阳能电池组件采用TDB125×125-36-P多晶硅材料两块,功率误差不超过3%；电池片为A类电池片,减反射膜为增强等离子化学气相沉积的氮化硅膜,呈深蓝色,无色差,无裂痕,弱光性优良；组件边框为阳极氧化优质铝合金边框制成,其表面氧化膜厚度为≥25 μm,并采用组角边框；采用优质抗老化EAV材料层压而成；组件的透光层采用钢化玻璃,厚度3 mm,透光率大于92%。

2.2.3 蓄电池

选用阀控式免维护胶体蓄电池2只12 V,设计寿命5～8年,实际不低于5年。蓄电池具有良好的深放电特性,深放电后12 h内,可再充电到额定容量的95%。按连续阴雨天5 d,加阴雨前一夜的用电,总计6 d计算。系统安全系数取1.6,根据经验公式：蓄电池容量=(负载日用电量/系统电压)×阴雨天数×系统安全系数,可计算出24 V系统的蓄电池容量=(450/24)×6×1.6=180(A·h)。

2.2.4 控制器

控制器选用TT12/2420LI-A型,采用MPPT光控开启和关闭,可定时控制,适合高原使用。

2.2.5 灯 杆

灯杆总高度8 m,壁厚3.5 mm,上口80 mm,下口170 mm(加装装饰底座),热镀锌喷塑,镀锌符合《金属覆盖层 钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》(GB/T 13912—2002)标准。颜色为朱红色,法兰300 mm×300 mm,厚度14 mm。灯壁采用直径60 mm圆管,长1.5 m,内嵌红色吉祥结。灯具到地面6 m。太阳能电池组件支架采用30 mm×50 mm矩管焊接而成,壁厚2 mm。

3 系统安装

3.1 安装流程

电缆沟开挖及电缆敷设→机械配置→人力资源配置→材料资源配置→路灯基础施工→灯具安装及防雷接地。

3.2 安装注意事项

3.2.1 人力资源配置注意事项

由于工程地处高原地区,高寒缺氧,项目部对进场所有施工人员先进行健康体检。选择身体素质好的施工人员,能适应高原地区低气压、缺氧的特殊自然环境。

3.2.2 路灯基础施工注意事项

路灯基础严格按照施工图纸进行施工。并保证混凝土浇筑后,能在规定的时间内达到抗冻临界强度(≥4 MPa)及拆模强度,以满足设计的要求。并注意混凝土的养护,待混凝土完全凝固,才能进行路灯安装。

3.2.3 灯杆起吊注意事项

灯杆起吊之前,先检查各部位紧固件是否牢固,灯头安装是否端正,光源工作是否正常。然后再简易调试系统工作是否正常,确认一切正常后,方可起吊安装。

3.2.4 控制器安装注意事项

接线顺序：蓄电池→光板→负载；拆线顺序：负载→光板→蓄电池→控制器。接线操作时一定注意不能接错,蓄电池正负两极性不能碰撞,不能接反,否则控制器将被损坏。

3.2.5 系统调试

松开控制器上太阳板连接线,灯亮；接上太阳板连接线,灯熄。同时仔细观察控制器上各指示灯的变化。一切正常,方可封好控制箱。

4 结 语

太阳能路灯系统各组件的选型、设计、安装对于合理利用太阳能资源起到了重要作用,可以广泛地用于道路照明,可为当地取得较好的经济和社会效益。