1. 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由太陽能電池組件部分(包括支架)、LED燈頭、控制箱 (內(nèi)有控制器、蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成;太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計非常有利;燈頭部分以1W-5W白光LED和1W-5W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發(fā)光源。
控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用;控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池。本系統(tǒng)選用閥控密封式膠體免維護(hù)蓄電池，由于其維護(hù)很少，故被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費用的降低;充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備(具備光控、時控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等)與成本控制，實現(xiàn)很高的性價比。
2.工作原理
系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。
3.設(shè)計思想
1,太陽能電池組件選型
設(shè)計要求:北京地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。
⑴ 北京地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算北京地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h;
⑵ 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH
⑶ 所需太陽能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷(3.424×0.85)=5.9A
在這里，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。
⑷ 太陽能組件的最少總功率數(shù) = 17.2×5.9 = 102W
選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行。
4.蓄電池選型
太陽能供電系統(tǒng)中，蓄電池的性能好壞直接影響系統(tǒng)的綜合成本及運行好壞和使用壽命，本方案中選用我公司與中國科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合研制的最新成果儲能型膠體蓄電池，
與普通的鉛酸電池相比，它在設(shè)計上和制造工藝上有以下突出特點:
使用壽命超長，正常情況下使用壽命為五到十年。
采用適合的正負(fù)極合金配方及活性物質(zhì)配比，使電池更加適合儲能電池循環(huán)充、放電的使用特點。
膠體電解液的設(shè)計，有效的抑制活性物質(zhì)的脫銹和極板的硫酸鹽化現(xiàn)象，從而延緩了電池在使用過程中的性能衰降。大大改善了電池的深充放循環(huán)壽命。
選用笫四代照明產(chǎn)品LED光源 。
LED光源優(yōu)勢
1.發(fā)光效率高，耗電量小，使用壽命長，工作溫度低。
2.安全可靠性強(qiáng)。
3.反應(yīng)速度快，單元體積小，綠色環(huán)保。
4.同亮度下，耗電是白熾燈的十分之一，熒光燈的三分之一，而壽命卻是白熾燈的50倍，熒光燈的20倍，是繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代照明產(chǎn)品。
5.單顆大功率超亮度LED的問世，是LED應(yīng)用領(lǐng)域跨至高效率照明光源市場成為可能，將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈后最偉大的發(fā)明之一。
5.電池組件支架
1) 傾角設(shè)計
為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。
關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為長沙地區(qū)，依據(jù)本次設(shè)計參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料[1]，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。
2)抗風(fēng)設(shè)計
在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計?？癸L(fēng)設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。⑴ 太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計
依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相當(dāng)于十級臺風(fēng))，根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。
在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。
⑵ 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計
路燈的參數(shù)如下:
電池板傾角A = 16o 燈桿高度 = 5m
設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm
焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為
PQ = [5000+(168+6)/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。
根據(jù)27m/s的設(shè)計最大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。
所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。
上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。
破壞面抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)
=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768mm3
=88.768×10-6 m3
風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W
= 1466/(88.768×10-6) =16.5×106pa =16.5 Mpa＜＜215Mpa
其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。
所以，設(shè)計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。
6.控制器
太陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時控與防反接等。
蓄電池防過充、過放保護(hù)電壓一般參數(shù)如表
1)當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)
在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點和優(yōu)點，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。
2)表面處理
該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過GB的相關(guān)要求。
