太陽能燈結(jié)構(gòu)原理
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(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計非常有利；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)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實現(xiàn)很高的性價比。1.2工作原理介紹系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏應(yīng)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(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當(dāng)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(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)計思想 太陽能路燈的設(shè)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。下面將以廣州的這款太陽能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(shè)計要求：廣州地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24v功耗34.5w，每天工作時數(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)簡單計算廣州地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h； ⑵負(fù)載日耗電量= = 12.2ah ⑶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)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為太陽能電池組件系統(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)計容量計算相比于太陽能組件的峰瓦數(shù)要簡單。根據(jù)上面的計算知道，負(fù)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(shè)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傾角。關(guān)于太陽能電池組件傾角問題的探討，近年來在一些學(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)計參考相關(guān)文獻(xiàn)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(fēng)設(shè)計在太陽能燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計?？癸L(fēng)設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析 ⑴太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽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)于十級臺風(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)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。 ⑵路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計路燈的參數(shù)如下：電池板傾角a = 16o燈桿高度= 5m 設(shè)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(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)計允許風(fēng)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(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)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。 2.4控制器太陽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^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時控與防反接等。蓄電池防過充、過放保護(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，各有特點和優(yōu)點，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點選定相應(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專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(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gb的相關(guān)要求。3、結(jié)束語整體設(shè)計基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計與蓄電池容量選型設(shè)計采用了目前的設(shè)計方法，設(shè)計思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計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)簡約而美觀；經(jīng)過實際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。 目前，太陽能led照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，同樣地市場上led光效在快速地提高，而價格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及l(fā)ed的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能路燈照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。