太阳能路灯的设计实例与配置选型.doc

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1、太阳能路灯的设计实例与配置选型一、 任务导入太阳能是最环保的能源，利用太阳能来照明将是低碳生活的发展趋势。地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。随着太阳能与电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能发电的应用越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为节能环保系统在国内大规模的使用，该照明系统具有不需挖沟埋线、不需要输变电设备、不消耗市电、安装任意、维护费用低、低压无触电危险、使用的是洁净可再生能源，是真正的环保节能高科技产品，它代表着未来城市道路照明的发展方向，具有广泛的推广利用价值。如图2

2、-35所示。 图2-35 太阳能路灯 二、 相关知识学习情境1太阳能道路照明系统 (一)太阳能路灯简介太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，白天太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给灯源供电使用，无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费免维护。太阳能路灯系统工作原理简单，就是利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板，在白天电池板接收太阳辐射能并将其转化为电能，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设定值时，向日葵阳光太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器自动检测到这一电压值后发出制动指令，蓄电池开始对灯头放电。蓄电

3、池放电8.5小时后，充放电控制器发出制动指令，蓄电池放电结束。太阳能路灯工作原理说明：白天太阳能路灯在智能控制器的控制下，太阳能电池板经过太阳光的照射，吸收太阳能光并转换成电能，白天太阳电池组件向蓄电池组充电，晚上蓄电池组提供电力给光源供电，实现照明功能。直流控制器能确保蓄电池组不因过充或过放而被损坏，同时具备光控、时控、温度补偿及防雷、反极性保护等功能。如图2-36所示。 图2-36 太阳能路灯构造图太阳能路灯系统是由太阳能电池组件、光源、太阳能控制器、蓄电池（包括蓄电池保温箱）和灯杆等几部分构成。太阳能电池组件一般选用单晶硅或者多晶硅太阳能电池组件；太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能

4、正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源；控制器一般放置在灯杆内，具有光控、时控制、过充过放保护及反接保护。高级控制器具备四季调整亮灯时间功能、半功率功能、智能充放电功能等，除此之外，还要具有自动开关照明灯的功能，通常使用定时和光控来对太阳能路灯的工作时间进行控制。定时控制可以是模拟线路或单片机控制两种方法,可以根据实际的需要,事先设定路灯每天晚上的工作时间，通过调整电子或者机械计时器的接通或断开时刻,路灯便可以自动开关了。另外一种控制方式是光控,可以单独安装光敏器件,也可利用太阳电池本身作为光敏器件,即在周围环境暗到一定程度时自动开灯,一直到天亮时再自动

5、关灯。蓄电池一般放置于地下，或者设置专门的蓄电池保温箱，可采用阀控式铅酸蓄电池、胶体蓄电池、铁铝蓄电池或者锂电池等。太阳能灯具全自动工作，不需要挖沟布线，但灯杆需要装置在预埋件（混凝土底座）上。灯杆是整个系统的支撑部分，有别于常规的路灯，它既要支撑灯头，又要支撑太阳电池组件。在现阶段最好采用高转换率的晶体硅太阳电池组件和高效光源LED。（二）太阳能路灯照明的参考标准1、我国的道路照明标准相比国际照明委员会（CIE）道路照明标准，目前我国的标准要求相对较低。我国现在将城市道路分为快速路、主干路、次干路、支路和居住区道路。快速路：城市中距离长、交通量大，对向车行道之间设有中间分车带；主干路：连接城

6、市各主要分区的干路，采用机动车与非机动车分隔形式，例如三幅路或四幅路；次干路：与主干路结合组成路网、起集散交通作用的道路；支路：次干路与居住区道路之间的连接道路；居住区道路：居住区内的道路及主要供行人和非机动车通行的街巷。在机动车道路照明中，主要分为快速路与主干路、次干路、支路三级，见表2-14。 表2-14 我国道路照明标准级别道路类型路面亮度路面照度眩光限制阀值增量TI(%)最大初始值环境比SR最小值平均亮度LM（cd/m2）总均匀度U0最小值纵向均匀度UL最小值平均照度EAV(lx)维持值均匀度UE最小值快速路、主干路（含迎宾路、通向政府机关和大型公关建筑的主要道路，位于市中心或商业中心

7、的道路）1.5/2.00.40.720/300.4100.5次干路0.75/1.00.40.510/150.35100.5支路0.5/0.750.4-8/100.315-注：1.表中所列的平均照度仅适用于沥青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相应降低约30%。2.计算路面的维持平均亮度或维持平均照度时应根据光源种类、灯具防护等级和擦拭周期，按照标准的附录B确定维护系数。3.表中各项数值仅适用于干燥路面。4.表中对每一级道路的平均亮度和平均照度给出了两档标准值，“/”的左侧为低档值，右侧为高档值。根据道路标准，路灯灯具的选择主要考滤反射性、照度、维护系数，道路照明的质量一般可用路面亮度、均

8、匀度、眩光这三个指标衡量。道路照明质量表现在：（1）亮度水平道路平均亮度按道路等级有不同的亮度要求。一般快速路和主干道需要2cd/m2以上的亮度要求，次干道和辅道或小区道路相对较低。（2）平均照度平均照度指路面所有照度的平均值，是照明强度的单位，一般用LM表示。（3）眩光由于视野中的亮度分布或者亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低视察目标或细部的能力的视觉现象。道路照明应努力在不舒适眩光限制在一定范围内，一般用G值表示，一般情况下，G=7。太阳能路灯的照明由于系统各方面的限制，不可能按照市电的照明标准来要求，目前可以借鉴的主要是一些地方标准，如北京市的地方标准-太阳能光

9、伏室外照明装置技术规范(DB11/T 542-2008)，其中对于照明标准方面规定：乡村街道、道路维持水平平均照度在34 lx，水平照度均匀度为0.10.2；灯具的类型采用半截光型灯具等。具体路灯灯具的选择还要根据我国的道路照明标准和人行道照明标准设计计算来确定。 2. 人行道照明标准人行道照明主要是为行人提供一个安全的照明环境，使得行人在夜晚行走时能看清道路和周围情况以保证其安全，或者说能辨别路面存在的障碍物或者察觉可能逼近的危险。人行道照明对于均匀性的要求并不严格，但是对于路面最小照度有要求，具体要求如表2-15。同时，为了帮助行人看清道路上的障碍物，对于垂直照度也有相应的要求。 表2-1

10、5 不同人行道类型的照明标准夜间行人流量区域路面平均照度EAV(lx)维持值路面最小照度Emin(lx)维持值最小垂直照度Evmin(lx)维持值流量大的道路商业区207.54居住区1032流量中的道路商业区1553居住区7.51.51.5流量小的道路商业区1032居住区511 学习情境2太阳能路灯的设计 （一）现场勘查 太阳能路灯由于采用太阳能辐射进行发电，因此对于路灯安装的具体地点具有特殊要求，并且在安装前必须对安装地点进行现场勘查。勘查的内容主要有： (1)察看安装路段道路两侧（主要是南侧或东、西两侧）是否有树木、建筑物等遮挡。有树木或者建筑物遮挡可能影响采光的，要测量其高度以及与安装地

11、点的距离，计算并确定其是否影响太阳能电池组件的采光。对太阳能光照的一般要求是太阳能光照至少能保证上午9:00至下午3:00之间不能有遮挡物影响采光。 (2)观察太阳能灯具安装位置上空是否有电缆、电线或其他影响灯具安装的设施。注意：严禁在高压线下方安装太阳能灯具。 工的设施，是否有禁止施工的标志等。安装时应尽量避开以上设施，当确实无法避开时，请与相关部门联系，协商同意后方可进行施工。 (3)了解太阳能路灯基础及电池舱部位地底下是否有电缆、光缆、管道或其他影响施 (4)避免在低洼处或容易造成积水的地段安装太阳能路灯。 (5)对安装太阳能路灯地段应事先进行现场拍照。 (6)测量路段的宽度、长度、遮挡

12、物高度和距离等参数，记录路向，并将其和照片等资料一起提供给方案设计者以供参考。 （二）安装布置 在安装布置太阳能路灯时，应遵循以下准则： (1)根据道路的宽度、照明要求来选择安装布灯的方式。太阳能路灯布置常用的三种方式如图2-37所示。 （a）单侧布置 （b）双侧交错布置 （c）双侧对称布置图2-37太阳能路灯安装布置的三种方式(2)灯具的悬臂长度不宜超过安装高度的1/4，灯具的仰角不宜超过15。(3)灯具的安装高度(H)、间距(S)、路宽（m和布置方式间的关系如表2-16所示。 表2-16 灯具的安装高度、间距、路宽和布置方式间的关系灯具布置方式安装高度(H)间距(S)单侧布置0.81W45

13、H双侧交错布置0.60.7w4SH双侧对称布置0.40.5W745H （三）光源的选择 太阳能路灯光涿的选择原则是选择适合环境要求、光效高、寿命长的光源。同时为了提高太阳能发电的使用效率，尽量选择直流输入光源，避免由于引入逆变器而带来的功率损失(由于小型逆变器的效率比较低，一般低于80%)。 常用的光源类型有三基色节能灯、高压钠灯、低压钠灯、LED、陶瓷金卤灯、无极灯等。下面针对应用最多的太阳能灯具光源加以分析比较，表7-2为常见的直流输入光源特性。 在具体选用太阳能路灯光源时可参照道路状况和客户要求进行选择。需要注意的是，各种光源都有一定的功率限制和常用规格，选择光源功率时尽量选择常用光源功

14、率。近年来也出现了一些新型光源，如混光型节能路灯灯具，将高显色性、高色温的金卤灯和高效光源低压钠灯两种光源系统一体化置于灯具电器仓内，不仅使整体光效及显色性、色温明显提高，而且在一定程度上也提高了照明质量。如表2-17和图2-38所示。表2-17 常见直流输入光源特征一览表光源种类光效（lm/w）显色指数（Ra）色温（K）平均寿命（h）特点三基色节能灯608090270064005000光效高、光色好、成本低、应用广泛高压钠灯100120402000240024000光效高、寿命长、透雾性强、更加适合道路照明低压钠灯150以上30180028000光效特高、寿命长、透雾性好，显色性差无极灯5570852700650040000寿命长、无频闪、显色性好LED6080806500（白色）30000寿命长、无紫外红外辐射、低电压工作、可辐射多种光色、可调功率陶瓷金卤灯80110903000400012000寿命长、光效高、显色性好 （1）三