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1、太陽能LED路燈工作原理及實際工程案例分析1、系統(tǒng)介紹1.1系統(tǒng)基本組成簡介系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱（內有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構成；太陽能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風設計非常有利；燈頭部分以1W的白光LED大顆?；蛘甙坠釲ED小顆粒組成集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發(fā)光源?？刂葡湎潴w以不銹鋼為材質，美觀耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利于系統(tǒng)維
2、護費用的降低；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本控制，實現很高的性價比。1.2工作原理介紹系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉化為電能輸出，經過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。2、系統(tǒng)設計思想LED太
3、陽能路燈的設計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以香港真明麗集團有限公司的這款太陽能LED大功率路燈為例，分幾個方面做分析。2.1太陽能電池組件選型設計要求：廣州地區(qū)，負載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數8.5h，保證連續(xù)陰雨天數7天。⑴廣州地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經簡單計算廣州地區(qū)峰值日照時數約為3.424h；⑵負載日耗電量==12.2AH⑶所需太陽能組件的總充電電流=1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A在這里，兩個連續(xù)陰雨天
4、數之間的設計最短天數為20天，1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數，0.85為蓄電池充電效率。⑷太陽能組件的最少總功率數=17.2×5.9=102W選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標準電池組件，應該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數情況下的正常運行。2.2蓄電池選型蓄電池設計容量計算相比于太陽能組件的峰瓦數要簡單。根據上面的計算知道，負載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量：12.2×（7+1）=97.6（AH），選用2臺12V100AH的蓄電池
5、就可以滿足要求了。2.3太陽能電池組件支架2.3.1傾角設計為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。關于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學術刊物上出現得不少。本次路燈使用地區(qū)為廣州地區(qū)，依據本次設計參考相關文獻中的資料[1]，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。2.3.2抗風設計在太陽能路燈系統(tǒng)中，結構上一個需要非常重視的問題就是抗風設計?？癸L設計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風設計，二為燈桿的抗風設計。下面按以上兩塊分別做分析。⑴太陽能電
6、池組件支架的抗風設計依據電池組件廠家的技術參數資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風系數選定為27m/s（相當于十級臺風），根據非粘性流體力學，電池組件承受的風壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風速而不至于損壞的。所以，設計中關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)的設計中電池組件支架與燈桿的連接設計使用螺栓桿固定連接。⑵路燈燈桿的抗風設計路燈的參數如下：電池板傾角A=16o燈桿高度=5m設計選取燈桿底部焊縫寬度δ=4mm燈桿底部外徑=168mm如圖3，焊縫
7、所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W的計算點P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為PQ=[5000+（168+6）/tan16o]×Sin16o=1545mm=1.545m。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩M=F×1.545。根據27m/s的設計最大允許風速，2×30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數，F=1.3×730=949N。所以，M=F×1.545=949×1.545=1466N.m。根據數學推導，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W=π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。上式中，r
8、是圓環(huán)內徑，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=88.768×10－6m3風荷載在破壞面上作用矩引起的應力=M/W=1466/（88.768×10－6）=16.5×106pa=16.5Mpa＜＜215Mpa其中，215Mpa是Q235鋼的抗彎強度。所以，
