浅谈无污染节能路灯的研究与设计

浅谈无污染节能路灯的研究与设计

周鑫尧

汉口学院机械电子工程学院湖北武汉430212

摘要：现代城市化的速度越来越快,随着城市化的发展，资源的消耗越来越明显。本文主要通过对太阳能路灯和光伏电池的工作原理的研究，以及太阳能电池的太阳能路灯系统的优化设计的基本特点，根据不同的要求，主要从实用性和经济性的考虑选择相应的太阳能光伏电池容量为地区需求与太阳能光伏电池配置。

关键词：智能；太阳能路灯；环保；光伏电池

1绪论

1.1我国太阳能资源与分布

我国地大物博，有着非常丰富的太阳能资源，但其分布是非常不同的，根据太阳能资源分布的差异，全国可以分为三个地区，一类地区（资源丰富带）；全年日照时数为3100～3200小时，辐射量在660～830x10^4kJ/m2·a。相当于225～290kg标准煤燃烧所发出的热量。主要囊括青藏高原、宁夏北部和新疆南部等地。我国太阳能资源最为丰富的地域便是这些地方，跟印度和巴基斯坦北部的太阳能资源差不多，全年光照时间长。二类地区（资源较富带）：全年辐射量在584～668x10^4kJ/m2·a，相当于200～235kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括山东、河南、河北西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、西藏东南部和新疆南部等地[1]。三类地区（资源一般带）：全年辐射量在512～85x10^4kJ/m2·a，相当于160～210kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括长江中下游、江浙和广东的南部地区等地。

1.2国内外光伏发电发展现状

在1839年，光伏效应这个概念由法国—位学者贝克勒尔提出。在1954年，单晶硅太阳能电池被三名科学家研制出，它是在美国贝尔实验室的第一个太阳能电池。在国际市场和国内产业政策的拉动下，我国的太阳能光伏产业逐渐鼓起，一大批较有潜力的光伏企业出现在市场之中，带动了长江上下游企业的发展。光伏发电产业链主要由五个主要部分组成：磨料（硅料）、单硅片、蓄电池、组件、电站系统集成等，发达和发展中国家之间的政策又出现了新的热潮，全球光伏市场在国内和国际市场迅速扩大。

2太阳能路灯的工作原理及组成

随着日益紧张的环境和更加严峻的全球能源，使得太阳能路灯系统在城市及农村都得到了大力的发展，早在70年代，我国已经在航海领域上使用过了太阳能电池，为了解决我国部分地区因电力缺乏而出现的照明的问题时，如新疆、西藏、青海和内蒙等地域，而这些地方有着非常丰富的太阳能资源，太阳能路灯得到了迅速的发展，给偏远地区的人民带来了极大的便利。

2.1太阳能路灯照明系统的工作原理

太阳能路灯系统的工作原理图：

图2-1太阳能路灯原理图

如图2-1所示，在有太阳光的情况下，太阳能系统将白天照射在其上的光能转化为电能并储存在蓄电池中，在晚上，蓄电池将储存的电能释放出来供路灯照明，蓄电池可接两种负载，即：交流负载和直流负载，其中逆变器将直流电转化为交流电。

2.2太阳能路灯系统的组成

在一般的太阳能路灯系统中无交流负载部分，所以在太阳能路灯系统中基本不需要逆变器，一个完整的太阳能路灯系统主要包括以下几个部分：太阳能电池板；太阳能控制器；灯杆及灯具外壳等；蓄电池组；光源。

3太阳能路灯系统的设计

3.1太阳能路灯系统的设计原则

3.1.1容量设计和硬件设计

计算在太阳能路灯系统中，其整年吸收的光能来使太阳能电池板可靠地工作的组件和电池容量。而且，要注意各个组件间价格成本和时间成本之间的关系，尽量以最低成本的太阳能路灯系统来尽可能满足最高的可靠性，但得保证所有方阵的支架的强度必须足够。在设计过程中，不但要考虑容量设计和硬件设计的两个方面的要求，而且要求该系统具有先进性、完整性、可扩展性、智能化的设计，这样才能使整个系统安全、可靠、经济，已获得最大效益。

3.1.2太阳能路灯系统的设计思路

太阳能路灯系统设计中要考虑三个主要方面的要求，第一：要由全年吸收的光能量来确定承担的电力负荷，从而确定太阳能电池组件的电源；第二：计算并查表来确定太阳能电池、电器、光源及设备选型的类型；第三：对设计系统的结构和设计的验证，保证其运行的稳定性和可靠性。

3.1.3太阳能路灯系统的总体设计

该系统的设计分为两部分：一是容量设计能力，即对太阳电池组件和蓄电池容量的计算设计，来满足太阳能电池模块和电池在全年可靠工作的数量需求；二是设计系统的相关硬件配置，对太阳能电池板光能转换率、硬件设备和部分辅助设施进行计算，根据实际情况选择合适的设备配置。

设计采用AT89S52单片机作为该系统的核心部分，整个太阳能路灯系统具有消耗低、性能稳定等特点。该控制照明电路包括光伏电池、蓄电池、路灯和控制器四个部分。

3.2太阳能路灯系统安装步骤

（1）浇筑地基

了解节能灯的位置、地质特性、周遭环境等，如果表面都是软土，那么进行深度挖掘且应加深。站立灯的位置是按照标准1米3坑预留（华锴）掩埋部分的定位浇注。注意保持在同一水平面上的嵌入件，地基和地面（或拧上相同水平面上的顶部和地面，根据现场的需要），而与路面平行，所以可以确保后直立杆但不正确歪斜[4]。

（2）太阳能电池组件安装

当太阳能电池组件与支撑框架相连，它必须是牢固和可靠;

输出线的部件应避免暴露，并与领带紧固;

电池组向南移动，指南针点为准。

（3）安装电池

蓄电池包装处理好后置于地下电池箱内，须轻拿轻放,防止砸坏电池箱。电池箱四周用橡胶垫以确保放平整且螺栓的紧固力要均匀。电池必须在累加器的连接杆和铜垫片按压的连接线被用于增强导电性。输出线连接蓄电池后，在任何情况下禁止短接,必须通过连接到电池控制器的输出线，并在两极聚氯乙烯穿线管，穿线时要将线头包好，避免损坏蓄电池。

4太阳能路灯系统综合效益评价

4.1节能效益

与普通路灯相比，太阳能路灯更加节能环保，节能范围也比较广。当然，具体值得取决于当地的太阳光照时长。