太阳能板路灯效果

太阳能路灯工作原理

太阳能路灯工作原理是什么?在各大城市的街道上都能看到太阳能路灯的身影,但是我们对太阳能路灯工作原理却知之甚少。其实,太阳能路灯工作原理非常的简单,也正是这个伟大的发明让我们的城市更加环保。

首先,我们来了解一下太阳能路灯的组成。太阳能路灯主要由太阳能电池组件(单晶硅、多晶硅)、组件支架、光源、控制器、蓄电池、灯杆等及部分组成。

太阳能路灯的工作原理究竟是怎样的呢?太阳能路灯利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池,白天太阳能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10LX左右、太阳能电池板电压为4.5v左右,太阳能路灯控制器侦测到这一电压值后动作,蓄电池对光源放电,蓄电池放电设定时间后,控制器动作,蓄电池放电结束。

太阳能电池板光效达到127Wp/m2,效率较高,对系统的抗风设计非常有利;灯头部分以led灯珠焊接于铝基板上,排列为一定间距的点阵作为平面发光源,一般光源可根据控制器的类型分为3串、6串、10串这三中经常使用的。

控制箱箱体以塑料为材质,美观耐用;控制箱内放置免维护铅酸蓄电池。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池,由于其维护很少,故又被称为“免维护电池”,有利于系统维护费用的降低;控制器在设计上兼顾了功能齐备(具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等)与成本控制,实现很高的性价比。

系统设计思想

太阳能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。下面将以扬州市先诺光电有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例,分几个方面做分析。

太阳能电池组件选型

设计要求:扬州地区,负载输入电压12V功耗30W,每天工作时数6h,保证连续阴雨天数5天。

1、扬州地区近二十年年均峰值为3.7;

2、所需太阳能组件的功率=30*6*2.5/3.7=121.6A

 

选用峰值输出功率120Wp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。

蓄电池选型

蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。

根据上面的计算知道,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:

(30/12)*6*7/0.7=150(AH),选用150AH的蓄电池就可以满足要求了。0.7为放电深度

太阳能电池组件支架

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广州地区,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。

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

3,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

=88.768×10-6m3

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=16.5Mpa<<215Mpa

其中,215Mpa是Q235钢的抗弯强度。

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。

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。现在使用的控制器分为降压和升压两款,降压一般为3串多并最大功率为30W,升压一般为10串,最大功率为60W,再大小编介意不要做,这样太阳能路灯控制器容易烧坏,其散热性原因。

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,在此不一一详述。

表面处理

该系列产品采用静电涂装新技术,以FP专业建材涂料为主,可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求,同时产品自洁性高、抗蚀性强,耐老化,适用于任何气候环境。加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装,使产品性能大大提高,达到了最严格的AAMA2605.2005的要求,其它指标均已达到或超过GB的相关要求。

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