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1、太阳能LED路灯照明系统优化设计摘 要:在珠海完成国内第一个太阳能LED路灯示范工程的工作基础上,从路灯光源、控制电路、太阳电池组件最佳倾角确定、太阳电池组件和蓄电池容量确定等几个方面对太阳能路灯进行了设计优化,做到既能保证系统的稳定可靠运行,又能尽量减少系统规模和降低成本。结果表明采用LED作为路灯光源、直接耦合的方式的充放电控制器是太阳能路灯很好的选择,同时通过科学计算的方法对在珠海地区使用时太阳电池组件最佳倾角和组件和蓄电池容量进行了讨论。使用的方法和结论可以为的其他的太阳能路灯设计提供有力的帮助。关
2、键词:太阳能路灯;半导体照明;太阳电池;系统设计;LED中图分类号:TK512 文献标识码:A 文章编号:052926579(2005)S220095204 在世界能源短缺,环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。太阳能路灯以其不用专人管理和控制,安装一次性投资无需日后电费开支,无需架设输电线路或挖沟铺设电缆,可以方便安装在广场、校园、公园、街道等多方面的优点而越来越受重视。中山大学太阳能系统研究所在珠海清华大学科技园安装了41盏采用白光超高亮度LED作为光
3、源的太阳能路灯,到目前已经正常运行将近两年,结合运行中遇到的问题,通过科学计算的方法,对太阳能路灯进行了设计优化,做到既能保证系统的稳定可靠运行,又能尽量减少系统规模和降低成本。太阳能路灯照明系统通常由太阳电池组件、蓄电池、光源、控制器(交流光源还需逆变器)等几部分组成。本文从:①光源选择;②控制电路;③太阳电池板最佳倾角确定;④太阳电池组件和蓄电池容量确定等几个方面对在珠海运行的太阳能路灯照明系统进行了设计优化。1 路灯光源太阳能路灯与普通路灯不同,它采用太阳电池作为唯一的供电源,因为目前太阳电池组件的成
4、本还比较高,所以为了降低系统成本,必须使用高效的光源。LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件,近年来LED技术已经有了关键的突破,其性能价格比也有较大的提高,如表1所示,与传统的路灯光源相比LED光源具有光效率高,接近白炽灯的两倍,寿命长,可达到105h以上;传统的光源功耗比较大,而且大多在高压下工作,使用升压逆变环节又降低了能源利用率,而LED采用低压直流供电,安全而且光源控制成本低,使调节明暗,频繁开关成为可能。表1 常用路灯光源技术性能Tab11 Thetechnicalperforman
5、ceforlightsourceofcommonstreetlamp种类光效PLm·W-1色温PK平均寿命Ph供电白炽灯1528001000交流卤钨灯2530002000-5000交流P直流荧光灯70全系列10000交流P直流高压钠灯100-1201950P2200P250024000交流高压汞灯503300-43006000交流LED256400(超高亮、白光)100000直流2 控制电路太阳能路灯系统一般都是小型光伏系统,世界银行的标准是小型光伏系统控制器自耗电流要小于额定工作电流的1%,因此控制器电路
6、的设计与低功耗器件的选择非常重要。珠海太阳能路灯中采用的是由集成运放构成的电压比较器作为控制电路,这种电路完全是由硬件组成的控制系统,简单可靠、维护方便、成本低、电路本身功耗也极低,是一种匹配性很好的电路。这种电路的关键是针对蓄X收稿日期:2005-08-10基金项目:国家十五科技攻关资助项目(2004BA411A09,2004BA411A19);广东省科技计划资助项目(2004A11005002)作者简介:陈维(1977年生),男,博士研究生;通讯联系人:沈辉;E-mail:shenhui1956@163
7、1com 第44卷 增刊22005年 11月中山大学学报(自然科学版)ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENIVol144 Sup12Nov1 2005 电池的充放电特性设计一个比较好的电压回差,同时器件的选择要可靠,再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路,便成了一个具有实用功能的控制器电路,具有防蓄电池过放电、过充电功能。本系统采用直接耦合的方式的充放电控制器电路,根据LED同蓄电池的匹配特性,能够做到功率自适应,在太阳辐照不足的几个月,由
8、于蓄电池的充电状态通常较低,使蓄电池放电时端电压也较低,这样负载工作电流较小、功率小,系统也能够工作更长的时间。反之在太阳辐照比较充足时,负载工作电流较大、功率大,也会更亮。3 确定太阳电池板最佳倾角在独立光伏系统设计中,太阳电池组件平面通常朝向赤道,相对地平面有一定倾角。由于太阳辐照量随季节、气候变化,倾角不同,各个月方阵面接受到的太阳辐照量差别很大,而且由于蓄电池在充电时受其额定容量限制,放电时又受到放电深度
