发布时间：2018/8/13 9:14:28 来源：本站
随着太阳电池转换效率和生产技术的不断提高,太阳能光伏发电的应用越来越广泛,在照明领域,太阳能路灯作为光伏发电系统在国内的主要应用模式,被越来越多的人所认识并接受。
太阳能路灯的工作原理:太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理,白天太阳电池吸收太阳能光子能量产生电能通过控制器储存在蓄电池里,当夜幕降临或灯具周围光照度较低时,蓄电池通过控制器向光源供电一直到设定的时间后切断。太阳能路灯主要由太阳能电池组件、组件支架、电光源、控制器、蓄电池、灯杆等几部分组成。
纯太阳能路灯最大的好处就在于它使用的是清洁的太阳能,单个路灯就像是一台小型发电机,通过太阳能电池板吸收光线,转换成电能,再储蓄到自带的蓄电池中,不需要再消耗额外的电能。因此,安装太阳能路灯不需要外部电源和线路,不需要铺设电线管道。对于路面较窄、对照明要求不高的乡镇道路而言,小功率的太阳能路灯能够满足照明要求。
太阳能灯是将太阳光能转化成电能,一般蓄量不够大,无法长时间照明使用,加上日照缘故,一旦逢上连阴天,就会造成路灯无法使用的情况。对于要求路灯功率、照明标准值较高的道路,太阳能路灯可能存在电能不足的缺点。因此,就产生了光电互补型太阳能路灯,在太阳能不足的情况下,转换成市电供电。
通过中国不同倾斜面上太阳辐射数据库资料,来确定太阳电池组件的倾斜角与方位角及计算该地区的太阳能标准峰值日照时间。根据各地接受太阳总辐射量的多少,全国划分为五类地区。如江西属于四类地区，是我国太阳能资源较差地区,年太阳辐射总量4200～5000 MJ/m2,相当于日辐射量3.2～3.8 kWh/m2。
光源功率的大小直接影响着道路照明标准值和整个系统的参数稳定性。
太阳能路灯每天晚上工作的时间是决定太阳能路灯系统中组件大小的核心参数,通过确定工作时间,可以初步计算负载每天的功耗和与之相应的太阳电池组件的充电电流。
太阳能路灯需要保持的连续阴雨天数决定了蓄电池容量的大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳电池组件功率。
两个连续阴雨天之间的间隔天数是决定系统在一个连续阴雨天过后充满蓄电池所需要的电池组件功率。
纯太阳能路灯不需要铺设电线管道,本文不再叙述。
光电互补的太阳能路灯市电供电方式应考虑低压线路经济运行及路灯供电电压水平，380/220V低压供电半径不大于800 m,低压侧出线沿树池敷设至各路灯,每一方向上的路灯由一回线路分相供电，见图1。
光电互补的太阳能供电方式中的太阳能为蓄电池,系统检测到蓄电池电压低于规定值时,自动切换至市电。系统电路原理见图2。
仰天岗大道长约4.5 km,路幅宽60 m，为城市Ⅰ级主干路,沥青混凝土路面。
道路照明采用太阳能路灯,是非标准道路照明设计。以太阳能为主,电能为辅,路灯光源日工作时间为前6 h全功率,后时段半功率;太阳能系统保证储能供电时间不低于4个连续阴雨天,阴雨天数超过4 d,系统检测到蓄电池电压低于规定值时,自动切换至市电。采用太阳能路灯需满足(或接近)道路平均照度为20 lx,照度均匀度不小于0.4。在道路两侧的树池内设置金属灯杆双臂路灯,安装高度为12 m。路灯采用双侧对称布置方式,路灯纵向安装间距为30 m左右。见图3。
根据上述要求,灯具厂配置了符合设计要求的方案,见表1。
表1系统配置及相关说明
系统性能特点:智能充放电控制,可相对延长蓄电池的使用寿命;工作模式:24 h定时模式;负载开路及短路保护,并具有自动恢复功能;采用专用芯片对光源进行恒功率启动控制,具有过流过电压保护,灯泡开路、短路保护;防频闪双频工作模式等温补偿;采用工业级芯片低功耗设计,可在高温、寒冷、潮湿的环境下可靠工作;使用、维护简单方便,全自动控制。
(1)太阳能电池组件。规格型号:太阳能路灯—功率90 W，峰值电压24V,共6块。技术要求:①尺寸为1200 ×560×35 mm;组件通过ISO9001质量管理体系认证, TUV、CE认证,按国际电工委员会IEC61215—2005标准进行设计,并经过充分的试验论证,确保组件的质量、电性能和寿命要求;②组件采用优质高效率单晶硅太阳电池片,转换效率16%以上;③旁路二极管热实验:测定组件旁路二极管热设计的充分性和可靠性,确保组件在发热斑时能有效旁路,最大限度避免热斑效应对组件的负面影响;④组件边框选用优质6063T5的型材,选用表面喷涂厚度≥12 μm的防氧化膜,耐烟雾和紫外线，使用寿命长,保证产品在室外环境下能正常使用;⑤接线端子牢固,配有旁路二极管,避免热斑效应造成电池烧毁,侧面挤压密封,受力均匀，长久不失效，保证整体密封性;⑥钢化玻璃厚3.2 mm,透光率应在91%以上,电池组件整体有足够的机械强度,能经受运输、安装和使用过程中发生的冲击、震动和其它应力,并具有优良的防腐、防风、防水和防雹能力;⑦电池组件的绝缘强度＞100 MΩ;⑧优质密封硅胶,增加组件的绝缘性能和防止湿气进入组件,保证组件使用寿命≥25年,功率衰减小;⑨组件在-40℃～85℃的温度范围内均可正常工作。
(2)控制器。规格型号:太阳能路灯—24V/20A(双路输出,光控开关,前6 h全功率),SHCB－20A市电互补控制器。技术要求:①蓄电池反接保护;②太阳能电池反接保护:太阳能电池“+”“－”极性接反,纠正后可继续使用;③负载过流及短路保护:负载过流超过额定电流或负载短路后,关断负载,纠正后可继续使用;④夜间防反充电保护:白天太阳能电池组件给蓄电池充电,晚上蓄电池不能给组件充电;⑤过充保护;⑥智能充电(防硫化处理):当蓄电池达到过放时,或连续一个月没有达到过放时,直充电压提到29.4 V。控制器必须经过高温高湿环境运行监测、低温环境监测、交变湿热试验、振动试验、老化试验,以保证产品质量,使用寿命5年。
(3)蓄电池。规格型号:太阳能专用电池(通过国家质量认证)。技术要求:太阳能路灯蓄电池容量为150Ah/24 V,共4只。采用优质蓄电池,免维护,使用寿命8年(保修5年)。在蓄电池的防护方面采用地埋式处理,减少温度对蓄电池的影响,蓄电池舱的地基预留排水孔起到防水作用。蓄电池需经过以下监测:利用微电脑蓄电池循环充放电测试仪和高低温交变温热箱对蓄电池进行循环充放电检测,对蓄电池进行容量检测、端电电压监测、自放电试验、温度适用范围试验、深度放电试验、电池循环寿命试验、温度特性测试、荷电保持能力测试、荷电恢复能力测试、电池过充安全检测、短路安全检测、高温搁置安全监测等,严格把关。采用浸水性试验和渗水性试验确保蓄电池舱不进水。
(4)光源。规格型号:太阳能路灯光源为高效无极灯24V/40W×1只,24V/100W×2只 (色温5000～6000K）。技术要求:①太阳能路灯光源距地面12 m,太阳能路灯要求有功率减半功能(前6 h全功率,后半时段半功率)。②光源要求环保节能,亮度高,使用寿命50000 h以上,功率偏差在±3%之内,灯头整体防护等级应达到IP65以上。③光源需进行9项技术性能检测严格把关:防尘试验、耐候性、高温试验、低温试验、高低温湿热试验、电绝缘实验、热老化实验、冲击强度实验、耐紫外老化实验,无变形、粉化、龟裂,反光罩采用真空离子电镀工艺,提高光源使用效率。
(5)灯杆。规格型号:太阳能路灯光源距地面12 m。技术要求:太阳能路灯灯杆采用优质Q235A钢材,下端口直径为270 mm,厚度为4 mm,整体灯杆采用热镀锌加喷塑的表面处理方式,镀锌层厚度在85 μm,喷塑层厚度在150～200 μm之间。塑粉为进口优质户外塑粉,附着力强,不变色,具有优良的防腐特性。抗风等级12级,确保灯杆寿命达到15年以上。
投入成本分析见表2。
其中:28520元/盏是太阳能系统成本,3000元/盏是常规电源辅助的电缆、变压器等费用。
表2投入成本分析
电费分析见表3。
表3 电费分析
光电互补型比常规电源方案每年节约电费: 240515元，5年可节约电费1202 575元。
光电互补型太阳能路灯中,后期维护主要考虑的是蓄电池的更换,正常蓄电池使用寿命能保证5年左右时间,每盏灯蓄电池价格在9000元,320盏总计需2880 000元,相比节约的电费开支,仍然需支出1677 425元。太阳能系统能延续25年使用。
根据国家目前火力发电、燃油发电的技术要求:火力发电为每发一度电(1 kWh)消耗标准煤360 g，柴油发电为每发一度电(1 kWh)消耗标柴油230 g。如果使用光电互补型太阳能路灯,仰天岗大道一天可节省市电消耗1276.2kWh,一年可节省市电消耗465813kWh,换算成火电节省煤167693 kg;换算成燃油节省油107137 kg。根据有关数据显示,一吨煤燃烧要排放20kgSO2、440kgCO2、15 kg烟尘和260 kg的灰渣。由此可知，一年可减排污染物(以煤电为例):SO2为3354 kg;CO2为73785 kg；烟尘为2515 kg；灰渣为43600kg。
太阳能路灯的设计需要科学、合理,要考虑路灯整体的结构,特别是路灯的抗风力的计算以及结合城市道路设计路灯整体的美观性,只有掌握了使用地的详细气象资源及使用条件,再结合实际经验,优化系统设计,才能确保太阳能路灯能正常工作。
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