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太阳能高效路灯系统工作原理和设计 　　摘要:随着能源短缺和环境污染的日益严重,各国都在寻求解决能源危机的办法,太阳能这一可再生能源的利用,使太阳能光伏技术得到了高速发展。本篇文章通过详细的数据分析介绍了太阳能高效路灯系统的工作原理和系统设计方法。 　　关键词:太阳能;太阳能高效路灯;系统工作原理;设计 　　 　　0 引言 　　 　　太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源,它作为一种巨大的可再生能源,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、用之不竭的能源。 　　太阳能高效路灯主要由太阳能电池组件(PV MODULE)、储能蓄电池(BATTERY)、太阳能控制器(SOLAR CONTROLLER)、金卤灯镇流器(RECTIFIER)及陶瓷金卤灯(HID)等组成。 　　 　　1 系统组成及工作原理 　　 　　系统工作原理是:日照时利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出,产生一定电压的充电电流,通过太阳能控制器对储能蓄电池进行充电。夜晚时,当日照光线照度减弱到一定程度,太阳能电池板开路电压下降到设定值时,太阳能控制器侦测到这一电压值后动作,光控自动启动,由蓄电池通过控制器向负载供电,点亮陶瓷金卤灯。点亮陶瓷金卤灯,必须配备相应的镇流器,启动时先由触发器产生瞬间高压(6KV)点燃,再由镇流器镇流维持负载正常工作。 　　太阳能控制器具有光控、时控与过充、过放保护功能,可自动控制开灯、关灯,并可设定时间,定时开灯、关灯。过充、过放保护可有效地保护储能蓄电池进行正常充放电,延长蓄电池的使用寿命。 　　太阳能高效路灯集成了太阳能与陶瓷金卤灯的优点。 　　 　　2 产品主要构成 　　 　　产品主要由太阳能电池组件部分、太阳能控制器、储能蓄电池和陶瓷金卤灯、灯杆构成。 　　2.1 太阳能电池光效达到127Wp/m2,效率较高; 　　2.2 以35W陶瓷金卤灯作为发光源。陶瓷金卤灯是一种集金卤灯的良好光色性能和钠灯优秀的发光效率于一身的光源,有如下特点: 　　①光源寿命长,(9000～15000小时); 　　②发光效率更高(90 lm/w); 　　③寿命期间光色稳定性能好(在+/-200K之间),并且光源之间的光色一致性更好; 　　④具有3000K和4200K两种色温可供选择,光源显色性好(Ra 80～90)。 　　2.3 太阳能控制器和储能蓄电池集中放置于控制箱内。太阳能控制器具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等功能。 　　2.4 太阳能控制器以单片机为核心处理芯片,具有全方位、全自动、多功能、高效能的特点,能满足太阳能高效路灯在各种条件下长久可靠的运行,有以下特点: 　　①太阳能控制器采用MPPT技术(太阳能最大功率跟踪技术),可以使控制器在阴雨天或蓄电池深放电后,能够获得相当增加1.3倍极板容量的电流。最大功率点跟踪(MPPT),使得太阳能系统始终工作在功率输出的最大工作状态,保证太阳能输出功率在任何光照条件下的最大化,提高光电转化效率,更能有效利用太阳能,提高了整个系统的效率。 　　②太阳能控制器根据蓄电池剩余容量(SOC)控制工作,则每天晚上开灯时,控制器的智能芯片按数学模型对蓄电池剩余容量进行计算,根据SOC的大小,自动调整点亮时间,因而系统一直以最小工作负载工作,这样可以使蓄电池尽快恢复到浮充状态,有效的保护了蓄电池,延长了蓄电池的使用寿命,大大提高了系统的可靠性。 　　 　　3 系统设计思想 　　 　　太阳能高效路灯的设计与一般的太阳能照明相比,基本原理相同,但是需要考虑的环节更多。下面将以太阳能高效路灯为例,分几个方面做分析。 　　3.1 太阳能电池组件选型 　　设计要求:无锡地区,负载输入电压24V功耗40W(含镇流器),每天工作时数10h,保证连续阴雨天数7天。 　　①无锡地区近二十年年均辐射量106.5cal/cm2,经简单计算无锡地区峰值日照时数约为5.48h; 　　②负载日耗电量:16.7AH 　　③所需太阳能组件的总充电电流= 1.05×16.7÷(5.48×0.85)=3.76A在这里,两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天,1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数,0.85为蓄电池充电效率。 　　④太阳能组件的最少总功率数 = 34.4×3.76 = 129.4W 　　选用峰值输出功率130Wp、单块65Wp的标准电池组件,应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。 　　3.2 蓄电池选型 　　根据上面的计算知道,负载日耗电量16.7AH。在蓄电池充满情况下,可以连续工作7个阴雨天,再加上第一个晚上的工作,蓄电池容量: 　　6.7×(7+1)=133.