[科普中国]-太阳能路灯

基本介绍

太阳能是取之不尽，用之不竭，清洁无污染并可再生的绿色环保能源。利用太阳能发电，无可比拟的清洁性、高度的安全性、能源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其他常规能源所不具备的优点，光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。而太阳能路灯无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费；采用直流供电、控制；具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点。可广泛应用于城市主、次干道、小区、工厂、旅游景点、停车场等场所。产品部件灯杆结构：钢质灯杆及支架，表面喷塑处理，电池板连接采用专用防盗不锈钢螺丝1。

系统组成太阳能路灯系统可以保障阴雨天气15天以上正常工作！它的系统组成是由LED光源（含驱动）、太阳能电池板、蓄电池（包括蓄电池保温箱）、太阳能路灯控制器、路灯灯杆（含基础）及辅料线材等几部分构成1。

太阳能电池组件一般选用单晶硅或者多晶硅太阳能电池组件；LED灯头一般选用大功率LED光源；控制器一般放置在灯杆内，具有光控、时控制、过充过放保护及反接保护，更高级的控制器更具备四季调整亮灯时间功能、半功率功能、智能充放电功能等；蓄电池一般放置于地下或则会有专门的蓄电池保温箱，可采用阀控式铅酸蓄电池、胶体蓄电池、铁铝蓄电池或者锂电池等。太阳能灯具全自动工作，不需要挖沟布线，但灯杆需要装置在预埋件（混凝土底座）上。2

LED光源**1.**发光效率高，耗电量小，使用寿命长，工作温度低。

**2.**安全可靠性强。

**3.**反应速度快，单元体积小，绿色环保。

**4.**同亮度下，耗电是白炽灯的十分之一，荧光灯的三分之一，而寿命却是白炽灯的50倍，荧光灯的20倍，是继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明产品。

**5.**单颗大功率超亮度LED的问世，是LED应用领域跨至高效率照明光源市场成为可能，将是人类继爱迪生发明白炽灯后最伟大的发明之一。3

电池组件支架1） 倾角设计

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，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。

关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，在不同地区使用，是根据不同地区而定。

2）抗风设计

在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。

⑴太阳能电池组件支架的抗风设计

依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。

在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。

⑵路灯灯杆的抗风设计

路灯的参数如下：

电池板倾角A = 16o 灯杆高度 = 5m

设计选取灯杆底部焊缝宽度δ = 4mm 灯杆底部外径 = 168mm

焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为

PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。

根据27m/s的设计最大允许风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数，F = 1.3×730 = 949N。

所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。

根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）。

上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。

破坏面抵抗矩W = π×（3r2δ+3rδ2+δ3）

=π×（3×842×4+3×84×42+43）= 88768mm3

=88.768×10－6 m3

风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W

= 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 Mpa