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1、一 种 太 阳 能 路 灯 的 研 制施 杰 宋金德 （盐城市路灯管理处；江苏盐城 ）(江苏伯乐达光电科技有限公司 江苏盐城 )摘 要: 本文介绍一种太阳能大功率路灯的工作原理、基本构造、设计思想和理论计算方法以与实际使用效果。关键词 :太阳能 慢脉冲快速充电 路灯 ( ,Yancheng, Jiangsu )前言 随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。 太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于亿万桶石油，可以
2、说是取之不尽、用之不竭。 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能是伟大的创举，但比节能灯还要节能，这是固体光源更伟大的改革。 太阳能照明集成了太阳能与的优点。本文对自行研制的一款采用慢脉冲快速充电技术（发明专利号：1269616A）的太阳能大功率路灯作一介绍。系统介绍系统基本组成简介 如图，系统由太阳能电池组件部分灯具、控制箱（其控制箱内有充电器、控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成。 太阳能电池板光效达到,效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以白光和黄光集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。 控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内
3、放置免维护铅酸蓄电池和采用慢脉冲快速充放电专利技术研制成功的太阳能路灯专用充电控制器。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；充放电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。 工作原理介绍 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左右、太阳能电池板开路电压左右，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。蓄电池放电小时后，充放电控制动作，蓄电池放电
4、结束。 充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。 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。下面将以本款太阳能大功率路灯为例，分几个方面做分析。 太阳能电池组件选型 设计要求：张家港地区，采用大功率光源其工作电压、功耗，每天工作时数，保证连续阴雨天数天。()盐城地区近二十年均辐射量，经计算张家港地区峰值日照时数约为；()负载日耗电量()所需太阳能组件的总充电电流 在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为天，为太阳能电池组件系统综合损失系数，为蓄电池充电效率。()太阳能组件的最少功率数,选用峰值输出功率、单块的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在
5、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比太阳能组件的峰瓦数要简单。 根据上面的计算，负载日耗电量。在蓄电池充满情况下，可以连续工作个阴雨天，再加上第一个晚上的工作,蓄电池容量：()()，选用台的蓄电池就可以满足要求。 太阳能电池组件支架 2.3.1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盐城地区，依据本次设计参考相关文献中的资料，选定太阳能电池组件支架倾角为。 2.3.2抗风设计 在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常
6、重视的问题就是抗风设计。抗风设计由于灯杆的抗风设计为常规设计，所以本文主要讨论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。若抗风系数选定为27m（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。所以，组件本身是完全可以承受27m的风速而不致于损坏的。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。 所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量保证，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、
7、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，当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态。标称电压防过充电压防过放电压 表 蓄电池充放电保护 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。本文主要介绍有关采用慢脉冲快速充放电专利技术研制成功的太阳能路灯专用充电控制器的基本工作原理：针对我国的地域特点和阳光日照规律，在国内首次将蓄电池慢脉冲快速充电技术应用于太阳能路灯之中，实现了最大限度的延长蓄电池的使用寿命，有效地提高了太阳能灯具的充电率，进而有效地延长了灯具的使用寿命，有效的提高
8、了太阳能灯具的可靠性和亮灯率。根据电池多孔性电极理论模型，运用电化学动力学原理，经过大量试验研究，设计出一种双稳态非线性反馈机制的慢脉冲快速充电方法。这种方法能确保在充电过程中与时消除或降低电池极化，电池析气量少，温升低，快速充电量足，充电效率高，电池寿命不受损害，采用本相专利技术能够较经济地制造出用于各种用途的实用高效、快速充电设备。慢脉冲快速充电方法总体设计如图所示。整个充电过程分为、两段，在段以恒流慢脉冲充电，在段以恒压慢脉冲充电。所谓慢脉冲就是指，在一个较大电流充电一段时间后面总是紧接着一个小电流的维持态充电，小电流的维持时间一般在秒到几十秒，不是毫秒极或微秒级，这是与现有技术放电去极
9、化的根本区别所在。利用维持一段时间较小电流充电，是消除或降低电池充电时各种极化和提高蓄电池充电效率、延长蓄电池使用寿命的十分有效的方法，将此方法运用于太阳能路灯的充电系统在充分利用太阳能、提高蓄电池的充电效率、延长蓄电池的使用寿命等方面均取得了良好的使用效果。纵观国内外太阳能路灯庭园灯、草坪灯的研发和生产情况均在向提高太阳能电池板的光电转换效益，提高蓄电池的充电效率，提高电光源的转换效率等方向发展，本项技术采用慢脉冲充电技术，采用高效大功率灯与采用上海交大最新研制的单品硅高效太阳能电池板其整体技术已达到国内同行业先进水平，但尚存在太阳能电池板与灯具整体的优化、美化设计等问题有待在今后的研究工作
10、中进一步的解决。 表面处理 该系列产品采用静电涂装新技术，以专业建材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩与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，其指标均已达到或超过的相关要求。 结束语整体设计基本上考虑到了各个环节：光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方法，设计思想比较科学；尤其是将慢脉冲快速充电方法应用于太阳能路灯的充电系统在充分利用太阳能、提高蓄电池的充电效率、延长蓄电池的使用寿命等方面均取得了良好的使用效果。对抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表
11、面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环节之间匹配性较好。该灯已经于年月在盐城市路灯系统小批量使用，经过一年多来的运行结果证明该灯安装方便，运行可靠，具有转换效率高（达左右），充电效果好（达以上），可自动实施开关灯控制与蓄电池保护等功能，是小区和景区照明的理想的绿色环保产品。 目前，太阳能照明的初投资问题仍然是一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低， 同时，市场上光效在快速提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以与的环保节能相比，常规化能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。参考文献1、 倪海东.绿色电能变换集成控制器.北京：机械工业出版社2、 周志敏等驱动电路设计与应用.北京邮电出版社3、 国家新材料生产力促进中心.中国半导体照明产业发展报告. 北京：机械工业出版社作者简介施 杰（）， 男 ，高级工程师，江苏阜宁人 ，长期从事电气照明技术研究与管理工作。