太陽(yáng)能燈結(jié)構(gòu)原理
1、系統(tǒng)介紹 1.1系統(tǒng)基本組成簡(jiǎn)介系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分（包括支架）、led燈頭、控制箱（內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽(yáng)能電池板光效達(dá)到127wp/m2，效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1w白光led和1w黃光led集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用高壽命鋰電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱(chēng)為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性?xún)r(jià)比。1.2工作原理介紹系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池白天太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓4.5v左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽(yáng)能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以廣州的這款太陽(yáng)能led大功率路燈為例，分幾個(gè)方面做分析。2.1太陽(yáng)能電池組件選型 設(shè)計(jì)要求：廣州地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24v功耗34.5w，每天工作時(shí)數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。 ⑴廣州地區(qū)近二十年年均輻射量107.7kcal/cm2，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算廣州地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h； ⑵負(fù)載日耗電量= = 12.2ah ⑶所需太陽(yáng)能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9a 在這里，兩個(gè)連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計(jì)最短天數(shù)為20天，1.05為太陽(yáng)能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。 ⑷太陽(yáng)能組件的最少總功率數(shù)= 17.2×5.9 = 102w 選用峰值輸出功率110wp、單塊55wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。2.2蓄電池選型蓄電池設(shè)計(jì)容量計(jì)算相比于太陽(yáng)能組件的峰瓦數(shù)要簡(jiǎn)單。根據(jù)上面的計(jì)算知道，負(fù)載日耗電量12.2ah。在蓄電池充滿(mǎn)情況下，可以連續(xù)工作7個(gè)陰雨天，再加上個(gè)晚上的工作，蓄電池容量： 12.2×（7+1）= 97.6（ah），選用2臺(tái)12v100ah的蓄電池就可以滿(mǎn)足要求了。 2.3太陽(yáng)能電池組件支架 2.3.1傾角設(shè)計(jì)為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，我們要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)傾角。關(guān)于太陽(yáng)能電池組件傾角問(wèn)題的探討，近年來(lái)在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為廣州地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料[1]，選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。2.3.2抗風(fēng)設(shè)計(jì)在太陽(yáng)能燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩塊分別做分析 ⑴太陽(yáng)能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽(yáng)能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng)），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365pa。所以，組件本身是可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用螺栓桿固定連接。 ⑵路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)路燈的參數(shù)如下：電池板傾角a = 16o燈桿高度= 5m 設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm燈桿底部外徑= 168mm如圖3，焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩w的計(jì)算點(diǎn)p到燈桿受到的電池板作用荷載f作用線(xiàn)的距離為pq = [5000+（168+6）/tan16o]× sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩m = f×1.545。根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)允許風(fēng)速，2×30w的雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730n。考慮1.3的安全系數(shù)，f = 1.3×730 = 949n。所以，m = f×1.545 = 949×1.545 = 1466n.m。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩w = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩w = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3） =π×（3×842×4＋3×84×42＋43）= 88768mm3 =88.768×10－6 m3 風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力= m/w = 1466/（88.768×10－6）=16.5×106pa =16.5 mpa＜＜215mpa 其中，215 mpa是q235鋼的抗彎強(qiáng)度。所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿(mǎn)足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。 2.4控制器太陽(yáng)能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。蓄電池防過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表1，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)客戶(hù)群的需求特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。 2.5表面處理該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以fp專(zhuān)業(yè)建材涂料為主，可以滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時(shí)產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了的aama2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過(guò)gb的相關(guān)要求。3、結(jié)束語(yǔ)整體設(shè)計(jì)基本上考慮到了各個(gè)環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計(jì)與蓄電池容量選型設(shè)計(jì)采用了目前的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計(jì)從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；表面處理采用了目前的技術(shù)工藝；路燈整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約而美觀；經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。 目前，太陽(yáng)能led照明的初投資問(wèn)題仍然是困擾我們的一個(gè)主要問(wèn)題。但是，太陽(yáng)能電池光效在逐漸提高，而價(jià)格會(huì)逐漸降低，同樣地市場(chǎng)上led光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽(yáng)能的可再生、清潔無(wú)污染以及l(fā)ed的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對(duì)環(huán)境會(huì)造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽(yáng)能路燈照明作為一種方興未艾的戶(hù)外照明，展現(xiàn)給我們的將是無(wú)窮的生命力和廣闊的前景。