1.系统组成
系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、 LED 灯头、太阳能灯具控制器 、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； LED 灯头一般选用大功率 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，更高级的控制器更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；蓄电池一般放置于地下或则会有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。
2.工作原理
系统工作原理简单，利用 光生伏特效应 原理制成的太阳能 电池 白天电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，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 10lux 左右、北京天柱阳光太阳能电池板开路电压 4.5V 左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电 8.5 小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。
3.设计思想
1, 太阳能 电池组件选型
设计要求：北京地区，负载输入电压 24V 功耗 34.5W ，每天工作时数 8.5h ，保证连续阴雨天数 7 天。
⑴ 北京地区近二十年年均辐射量 107.7Kcal/cm2 ，经简单计算北京地区峰值 日照时数 约为 3.424h ；
⑵ 负载日耗电量 = 12.2AH
⑶ 所需太阳能组件的总充电 电流 = 1.05×12.2× （ 20+7 ） ÷20÷ （ 3.424×0.85 ） =5.9A
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。
⑷ 太阳能组件的最少总功率数 = 17.2×5.9 = 102W
选用峰值输出功率 110Wp 、单块 55Wp 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。
产品参数
* 主体材料：灯杆为全钢结构、整体热镀锌 / 喷塑处理
* 太阳能电池组件：晶体硅 15-80WP （按负载配置）
* 系统工作电压：直流 12V—24V
* 控制器： 太阳能灯具 专用控制器 , 光控 + 时控，智能控制 ( 天黑灯自开，天亮灯自熄灭 )
* 储能电池：全封闭免维护铅酸蓄电池 12V17Ah—80Ah( 根据负载配置 )
* 光源类型：节能高功率集成 LED, 稀土高效节能灯 ( 可按客户要求配置 )
* 防护等级： IP65
* 使用温度： -30 度至 70 度，抗风力 ≥150Km/h
* 照明 时间： 4 ～ 14 小时（可根据需要调节）
* 灯杆高度： 2 米～ 4 米（可以按客户要求制作）
* 阴雨天保证：可连续工作 4~5 个阴雨天（区域 / 季节不同有差异）（可按客户要求制作）
4.蓄电池选型
1. 发光效率高，耗电量小，使用寿命长，工作温度低。
2. 安全可靠性强。
3. 反应速度快，单元体积小，绿色环保。
4. 同亮度下，耗电是白炽灯的十分之一， 荧光灯 的三分之一，而寿命却是白炽灯的 50 倍，荧光灯的 20 倍，是继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明产品。
5. 单颗大功率超亮度 LED 的问世，是 LED 应用领域跨至高效率 照明光源 市场成为可能，将是人类继 爱迪生 发明白炽灯后最伟大的发明之一。
5.电池组件支架
1) 倾角设计
为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。
关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为 长沙 地区，依据本次设计参考相关文献中的资料 [1] ，选定太阳能电池组件支架倾角为 16o 。
2) 抗风设计
在 太阳能路灯系统 中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计
依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为 2700Pa 。若抗风系数选定为 27m/s （相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有 365Pa 。所以，组件本身是完全可以承受 27m/s 的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。
在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。
⑵ 路灯灯杆的抗风设计
路灯的参数如下：
电池板倾角 A = 16o 灯杆高度 = 5m
设计选取灯杆底部焊缝宽度 δ = 4mm 灯杆底部外径 = 168mm
焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩 W 的计算点 P 到灯杆受到的电池板作用荷载 F 作用线 的距离为
PQ = [5000+ （ 168+6 ） /tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m 。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩 M = F×1.545 。
根据 27m/s 的设计最大允许风速， 2×30W 的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为 730N 。考虑 1.3 的安全系数， F = 1.3×730 = 949N 。
所以， M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m 。
根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩 W = π× （ 3r2δ ＋ 3rδ2 ＋ δ3 ）。
上式中， r 是圆环内径， δ 是圆环宽度。
破坏面抵抗矩 W = π× （ 3r2δ ＋ 3rδ2 ＋ δ3 ）
=π× （ 3×842×4 ＋ 3×84×42 ＋ 43 ） = 88768mm3
=88.768×10 － 6 m3
风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W
= 1466/ （ 88.768×10 － 6 ） =16.5×106pa =16.5 Mpa ＜＜ 215Mpa
其中， 215 Mpa 是 Q235 钢的抗弯强度。
所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要 焊接质量 能保证，灯杆的抗风是没有问题的。
6.控制器
太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。
蓄电池防过充、过放保护电压一般参数如表
1) 当蓄电池电压达到设定值后就改变 电路 的状态
在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客户群的需求特点选定相应的方案。
本文由山东凯越路灯技术部提供
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