成都太阳能路灯的设计及实际应用

1 太阳能电池组件的选择

太阳能电池组件是发电系统中的核心部分， 其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电， 供负载使用或存贮于蓄电池内备用。 一般根据用户需要， 将若干太阳能电池板按一定方式连接， 组成太阳能电池方阵（阵列） ， 再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。

1. 1 太阳电池组件的基本要求

(1) 防水、 防冰雹、 防风。 一般太阳能电池组件采用钢化玻璃封装， 采用的铝合金边框应具有高强度， 抗机械冲击能力要强。 安装时用金属支架固定， 能抵御10 级以上大风。

(2) 标准测试条件： 辐射度为 1000W/㎡, 电池温度为 25℃。

(3) 绝缘电压： ≥600V。

(4) 边框接地电阻： ≤10Ω 。

(5) 迎风压强: 2700Pa 。

(6) 填充因子： 73％。

(7) 短路电压温度系数： + 0. 4mA/℃。

(8) 开路电压温度系数： -60mV/℃。

(9) 工作温度： -40℃~+85℃。

1. 2 单晶硅太阳能电池组件的结构及技术参数

（1） 单晶硅太阳能电池组件的结构

单晶硅太阳能电池组件的实物外形如下图所示， 单晶硅太阳能电池组件的

单晶硅成都太阳能电池组件的实物外形

单晶硅太阳能电池组件的结构

结构如图 5-2 所示, 光伏组件的 I-V 输出曲线如下图所示。

成都光伏组件的 I-V 输出曲线

单晶硅太阳能电池组件技术参数如下：

两块电池板并联正极接正极， 负极接负极， 中间要接二极管。 两块输出功率
和规格不同的太阳能电池组件不可以并连在一起， 因并联会造成内部损耗， 降低
了太阳能电池组件的使用效率， 缩短了使用寿命。
 2 系统设计
2. 1 电源电路
电源电路如下图 所示。 系统太阳能供电， 24V 蓄电池电压经过 7805 稳压后产生 5V 电压， 作为控制器的主电源。 电容 C2、 C3 作为高频旁路电容， 将高频信号旁路到地。 同样电容 C1、 C4 为滤波电容。

太阳能电池板组件

在新能源中， 公认技术含量高、 有发展前途的是太阳能发电。 将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置， 可分为两类： 一类是太阳能热电直接转换； 另一类是太阳能热动力发电， 是将太阳热能通过热机带动发电机发电， 其基本构成包括集热装置、 储能系统、 热机和发电机等。

(1) 太阳能光发电： 直接将太阳的光能转换成电能的利用方式， 可分为光伏发电、 光感应发电、 光化学发电和光生物发电。 目前应用的光伏发电， 是根据“光生伏特” 效应直接将照射到太阳能电池上的光能转换成电能输出， 一般由太阳能电池方阵及支架、 蓄电池、 控制器、 逆变器等部分组成。 其缺点是： 能量密度底、转化效率底、 受自然条件和气候环境因素影响大、 初始投资高和间歇性工作。 目前， 光伏发电主要用于三大方面： 为无电场合提供电源； 太阳能日用电子产品(太阳能充电器、 太阳能灯具等) ； 并网发电。

(2) 太阳能电池板分为晶体硅（包括单、 多晶硅） 电池组件、 非晶硅薄膜电池组件及砷化镓电池组件。 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， 要为太阳能电池组件选择一个绝佳倾角。 通过 Hay 模型的计算，可以得到的不同倾角平面的月平均太阳辐照量变化。

  照明负载

由于 LED 是直流供电器件， 很容易制成直流灯具， 广泛应用于直流系统， 如成都太阳能灯具产品。 超高亮白光 LED 应用于太阳能灯具， 单个束光型超高亮度 LED发光管其产生的光线方向性太强， 综合视觉效果较差， 因此应平光型超高亮LED 或平光型与束光型超高亮 LED 组合使用， 将多个 LED 集中于一起， 排列组合成一定规则的 LED 发光源。

4 蓄电池选用

蓄电池 蓄电池组是太阳能 LED 路灯系统的储能装置， 其作用是将白天有日

照时发出的电能储存起来， 在晚间或阴雨天时供负载使用。 一般容量要能在无太阳辐射的日子里， 满足用户要求的供电时间和供电量， 目前常用的是铅酸蓄电池。蓄电池是一种化学电源， 它将直流电能转变为化学能储存起来。 需要时再把化学能转变为电能释放出来， 由于光伏系统的功率输出每天都在变化， 在日照不足发电很少或需要维修光伏系统时， 蓄电池也能够提供相对稳定的电能， 因此在太阳能 LED 路灯系统中， 蓄电池对系统产生的电能起着储存和调节作用。 LED 路灯系统采用铅酸免维护蓄电池， 不需专门的维护； 即便倾倒电解液也不会溢出， 不向空气中排放氢气和酸雾； 安全性能更好。

5 过充、 过放控制电路

过充控制， 就是在蓄电池处于过充状态时断开充电电路， 过放控制电路就是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。 过充、 过放控制都是为了保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。 过充、 过放控制电路如图 5-6。 过充、 过放判断的依据主要是蓄电池电压的高低， 其工作原理如下：

过充控制电路中将继电器 J1 的开关串联在充电电路中， 当白天有太阳光时处于正常充电状态时， 由太阳能板吸热经继电器开关常闭点向蓄电池充电， 当蓄电池的电压高于 26V 时， 认为蓄电池处于过充状态， U1A“-” 端电压高于“+” 端电19压时 U1A 输出“-” ， 低电平， 使 Q1 截止， 同时 Q2 导通， 继电器线圈 J1 通电，则继电器常闭点断开， 常开点闭合， 充电电路断开过充指示灯亮， 停止向蓄电池充电， 达到过充保护功能。

    成都太阳能 LED 照明的初投资问题仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高， 而价格会逐渐降低， 同样地市场上 LED 光效在快速
地提高， 而价格却在降低。 与太阳能的可再生、 清洁无污染以及 LED 的环保节能相比， 常规化石能源日趋紧张， 并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。 所以， 太阳能 LED 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。