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太阳能led路灯的基础知识

太阳能路灯利用了太阳能电池的光伏效应原理。白天,太阳能电池吸收太阳能光子能量产生电能,通过光伏控制器将电能储存在蓄电池中;当夜幕降临或灯具周围光照度较低时,蓄电池中储存的电能通过光伏控制器的控制为光源供电,设定的时间到后控制器切断光源电源。太阳能路灯由以下几部分构成:太阳能电池、太阳能路灯控制器、蓄电池、太阳能路灯光源、灯杆及灯具外壳几部分。

太阳能电池是太阳能路灯的核心部分,也是太阳能路灯中价值最高的部分,其左右是将太阳能的辐射能转换为电能。在众多太阳能电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池3种。在太阳光充足、日照好的东西部地区,以采用多晶硅太阳能电池为好,因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶硅太阳能电池低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区,以采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性参数比较稳定。

对于硅太阳能电池,在标准条件下〔辐照度为100w/ ㎡,光谱为aml.5温度为25℃〕,它的开路电压为0.48~0.6v。将多个单体太阳能电池连接,并进行封装,可以构成不同面积、不同功率的太阳能电池组件,也可以统称太阳能电池一般是不能使用的,实际应用的是太阳能电池组件。

目前,太阳能电池的封装形式主要有层压工艺和滴胶工艺两种。采用层压工艺封装形式的太阳能电池可以保证25年以上的工作寿命,其工艺特性和使用寿命优于滴胶工艺封装形式。不管哪种太阳能电池,都具有以下5大电气参数。

太阳能电池峰值功率是在条件下,太阳能电池输出的功率,单位为峰瓦,或用符号wp表示。太阳能电池的输出功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和太阳能电池的工作温度。在不同的时间、不同的地点,同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。

按面积计算,每平方米的太阳能电池的输出功率大约为120w;随着转换效率的提高,其输出功率也相应增大。太阳能电池输出功率的选择,要根据太阳能路灯的光源功率、使用时间和当地的气候地理条件等来确定。

太阳能电池在使用过程中,如果有一片太阳能电池单体单独被树叶等遮物挡长时间遮挡,则被遮挡的太阳能电池单体在强烈阳光的照射下就会发热损坏,甚至会造成整个太阳能电池损坏,这就是所谓的热岛效应,一般将太阳能电池倾斜放置,使太阳能电池表面不能附着遮挡物。
由于我国南北纬度跨越较大,太阳能电池安装倾斜角度要随安装地区纬度的不同发生变化。在一般情况下,在长江以南地区,安装倾角在30度左右;在长江以北地区,安装倾角在45度左右;在东北地区,安装倾角应在50度左右。安装方向为正南方或偏西5度。水平放置的太阳能电池,其输出功率降低15%~20%。

无论太阳能灯具大小,一个性能良好的充放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充放电条件加以限制,防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时,太阳能路灯控制器应兼有路灯控制功能,具有光控、时控功能,并具有夜间自动切控负载功能,以便于阴天延长太阳能路灯的工作时间。

对任何一个太阳能照明系统来说,充放电控制电路的优劣将直接影响到系统应用的成败。由于太阳能光伏发电系统输入的能量极不稳定,在光伏发电系统中,对蓄电池充电的控制要比采用市电充电系统对蓄电池的控制要复杂。一个性能良好的光伏控制器应具有控制蓄电池充放电、温度调节、最大功率跟踪和过充保护、过放保护、反接保护等多种保护功能及自动开关和时间调整功能,从而保证系统可靠运行。同时,光伏控制器还应具有是太阳能电池可以在不同温度和不同太阳辐照情况下智能地输出最大功率功能,以使太阳能光伏系统具有很高的效率。


由于太阳能光伏系统的蓄电池充电直接太阳能电池提供,地带的能量极不稳定,所以要配置容量合理、性能可靠的蓄电池。以保证太阳能光伏系统的正常工作。在太阳能光伏系统中,通常选用的是免维护铅酸蓄电池。免维护铅酸蓄电池采用全密封方式,放电率高,特性稳定,不需要加水,安装简单,占地面积小。可水平和垂直安装;期望寿命一般为5-7年。选择蓄电池用量的一般原则是:首先要能满足夜晚照明要求,并能把白天太阳能电池长身的能量尽量储存下来,同时还应能满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。若蓄电池容量过小。则不能满足夜晚照明需求;如蓄电池容量过大,则蓄电池长期处于扣点状态。缩短蓄电池寿命。同时也会良妃不必要的投资。

可用一种简单方法来确定它们之间的关系,即太阳能电池功率必须必负载功率高出四倍以上,系统才能正常工作;太阳能电池电压要超过蓄电池工作电压的%20-%30,才能保证给蓄电池正常充电:蓄电池容量必须必负载日耗量高六倍以上。


太阳能路灯对所用蓄电池的基本要求是:①自放电率低;②使用寿命长;③深放电能力强;④充电效率高;⑤少维护或免维护;⑥工作温度宽;⑦价格低廉。

根据实际情况需要,可在低压节能灯、低压钠灯、无极电磁感应灯、LED灯灯多种太阳路灯光源中进行选择。不管选用哪种光源,其亮度与光源的功率有直接关系,也直接影响系统配置和投资费用。在相同照明时间条件下,光源功率越大。亮度越高,系统配置越高,费用越高;光源功率越小。亮度越小,亮度越低,系统配置越低,费用越低。太阳能路灯采用何种光源是太阳能路灯是否能正常使用的重要指标,一般采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED灯。

①太阳能路灯专用低压节能灯。太阳能路灯专用低压节能灯的特点是电流小,可延长蓄电池的放电时间。光效为40lm/W,色温可为2700K、4000K、6400K,颜色有白、红、绿。蓝等,寿命为60h,额定电压可为DC12V/DC24V,电压范围可为DC10.8~14.4V、DC22~28V。

②太阳能路灯专用低压钠灯。低压钠灯相比于常用光源,在相同的光通量及照度下,节电可达50%。由于低压钠灯的发光管密封在高真空并涂有红外线反射膜的玻璃壳中,它的发光率基本不受外部环境的影响,其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光,该波长光线透雾性强。低压钠灯发出波长为589.0nm和589.6nm的单色黄光,其光效最高可达200lm/w。就35W低压钠灯而言,总光通量为4600lm,光效为137lm/w,在低功率电光源产品中光效最高,寿命为1800h。

③太阳能路灯专用双电弧高压钠灯。DC24V(12V)输入到电子镇流器,输出低频(或高频)电能供给双电弧管高压钠灯,双电孤管高压钠灯高压脉冲启动,由于采用电子镇流器点灯,对灯的寿命大有益处,可延长寿命30%以上(前提电子镇流器必须有可靠的设计和质量)。双电弧高压钠灯的优点有:
·使用寿命特别长,是单管的两倍。
·两管交替使用,重新启动后自动更换另一只灯管工作。
·遇到突发情况时,立刻就可以重新启动。
·有一只电弧管坏仍能正常照明。    
·适用于对光源使用寿命要求较高及不易更换维修的场所。

④无极灯。无极灯有小功率、高光效(系列光效≥631lm/w)、高显色性(≥80)、寿命长(≥50000h)、无频闪(工作频率为2.65MHz)、环保(不含液态汞)、可立即启动和再启动、不怕震动、可在任意方向安装等优势。在电源电压大范围变动下能恒压供电,输出稳定的光通量。输入端的净化电路和防辐射使电磁干扰(EMG)完全符合国家检测标准。由于其启动电压和电流与正常工作电压和电流基本一样,因此特别适用于太阳能路灯系统,是专门为太阳能系统开发的新型光源。由于灯泡体内无灯丝,因此具有超长的使用寿命,长达80000h。此外,由于灯泡的发光涂层为三基色粉,发光柔和,眩光大大降低。高频无极放电灯不需要维护和较少维护,具有可靠性。

⑤太阳能路灯专用金卤灯。金卤灯的最大优点是发光效率特别高,光效高达80-90lm/w,正常发光时发热少。由于金卤灯的光谱金卤灯的光谱是在连续光谱基础上叠加了密集的线状光谱,故显色指数特别高,及色彩还原性特别好,可达90%。另外,金卤灯的色温高,可达5000-6000k,寿命可达2000-18000h。金卤灯的缺点是启动困难,小功率金卤灯启动困难表现的更突出。金卤灯启动后亮度会逐渐提高,如果启动能量过大,启动速度过快则会影响灯泡寿命,所以在电路设计时应充分考虑。

⑥LED灯。LED灯具有寿命长(可达100000h)、工作电压低不需要逆变器、光效较高(国产为50lm/w,进口为80lm/w)等优点。随着技术进步,LED灯的性能将进一步提高。LED灯是一种通过直流低压点亮LED模组来实现照明需求的新型照明方式,具有亮度高、显色性好等特点,另外由于LED灯的输入为低压直流能与太阳能电池结合起来LED灯作为太阳能路灯的光源,将是今后发展的趋势。