光伏照明系統(tǒng)在現(xiàn)代城市路燈領域的應用設計與研究

【摘 要】針對我國城鎮(zhèn)化速度不斷加快，城市路燈對電能的消耗量日益增多，以常規(guī)能源電力為主的城市路燈系統(tǒng)的發(fā)展，大大加速了對環(huán)境造成的污染及惡化進程，不利于建設節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟的發(fā)展思維。結合我國目前城市路燈系統(tǒng)高能耗對生態(tài)環(huán)境造成的嚴重挑戰(zhàn)，本文提出了適應現(xiàn)代城市路燈領域的光伏照明系統(tǒng)：太陽能路燈。

【關鍵詞】光伏照明系統(tǒng)；現(xiàn)代城市；能耗；太陽能路燈

隨著地球資源的日益貧乏，基礎能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受重視。同時，也隨著太陽能光伏技術的發(fā)展和進步，太陽能發(fā)電在路燈照明領域發(fā)展已經(jīng)日趨完善。

一、太陽能路燈的優(yōu)點：

1、市電照明路燈安裝復雜：市電照明路燈工程中首先要鋪設電纜，需要進行電纜溝的開挖、鋪設暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎工程。然后進行長時間的安裝調試，如任何一條線路有問題，則需大面積返工。而且地勢和線路要求復雜、人工和輔助材料成本昂貴。太陽能路燈安裝簡便：太陽能安裝時，不用鋪設復雜的線路，只要做一個水泥基座，然后用不銹鋼螺絲固定即可。

2、市電照明路燈電費高昂：市電照明路燈工作中需要支付固定高昂的電費，并且需要長期不間斷對線路和其它配置進行維護或更換，維護成本逐年遞增。太陽能路燈具免電費：太陽能路燈是一次性投入，維護成本低，長期受益。

3、市電照明路燈存在安全隱患：市電照明路燈在施工質量、景觀工程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的沖突等方面都會帶來諸多安全隱患。 太陽能路燈沒有安全隱患：太陽能路燈是超低壓產(chǎn)品，運行安全可靠。太陽能路燈的其它優(yōu)勢：綠色環(huán)保。

綜上對比所述，太陽能路燈具有安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動控制免維護等特性。

二、太陽能路燈系統(tǒng)的組成：

太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能智能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及支架，系統(tǒng)結構簡單，易于安裝。

三、太陽能路燈的工作原理：

太陽能路燈是利用太陽能電池板，白天接收太陽輻射能并轉化為電能經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當光線逐漸降低，充放電控制器檢測到這一值后啟動負載工作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電數(shù)小時后，充放電控制器檢測到光線逐漸增強，天亮了，充放電控制器要求燈頭停止工作，蓄電池放電結束，白天繼續(xù)給蓄電池補充充電。充放電控制器的主要作用是控制路燈打開和關閉，同時保護蓄電池，延長蓄電池使用壽命。

四、太陽能路燈的設計原則：

1、從功能上道路照明系統(tǒng)的主要功能是保證交通安全，提高交通運輸效率、保障人身安全、提供舒適環(huán)境。

2、在滿足道路照明各項功能需要的基礎上，提高道路照明系統(tǒng)的能效，降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約能源，減少污染，以達到節(jié)能和環(huán)保的目的。

3、另外還要結合當?shù)氐墓赓Y源情況，當?shù)仃幱晏鞖馇闆r，電池板受灰塵覆蓋、溫度影響、控制器、蓄電池的各種效率等實情況進行綜合考慮。

五、太陽能路燈的設計要求：

1、電池板功率的計算和選用。

2、蓄電池容量、充放電控制和充放電狀態(tài)顯示。

3、連續(xù)陰雨天五天路燈仍能照明。

4、光線暗時路燈自動點亮，早上光線強時路燈自動熄滅。

5、系統(tǒng)斷電時可以保存用戶所設定的各種參數(shù)。

六、太陽能路燈的控制方案選擇：

太陽能路燈跟普通路燈控制電路功能基本一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用。國內(nèi)外常用的控制器有單獨的光控制型、時鐘控器型、經(jīng)緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點。

單獨的光控型一般采用感光探頭，當晚上光線弱時，自動開啟路燈；早上光線較強時，自動關閉路燈，達到自動控制的作用。但在實際使用中，感光探頭難以判斷各種干擾光線，經(jīng)常會產(chǎn)生誤動作。

采用時鐘控器型的路燈控制器，要預先設定開關時間，使路燈按時亮燈、準時熄燈，從而達到自動控制的目的。優(yōu)點是定時開關預先設定的開關時間不受外界干擾，除本身故障外不會產(chǎn)生誤動作。缺點是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動變換開關時間，需人工經(jīng)常調整開關時間，費時費力，不利于節(jié)省電力。

經(jīng)緯型（方位角和傾斜角）控制器采用單片機技術，模擬日照規(guī)律，晚上能自動開燈、早晨能自動關燈。它采取光控開關時間的優(yōu)點，克服了光控開關易受干擾的缺點，取鐘控器時間準確之長處，克服了定時開關不會自動變換開關時間之短處。目前路燈控制常采用這種控制方式，但其價格較高，在路燈中使用將會增加不必要的成本。

本設計是考慮以上幾種控制方式的特點，綜合從節(jié)電、經(jīng)濟和實用等方面考慮，利用光控時控制結合型，實現(xiàn)太陽能路燈的設計。

七、太陽能路燈的光源的選擇：

光源盡量選直流光源。目前常見的光源有直流節(jié)能燈、高頻無極燈、低壓鈉燈和LED光源。LED 作為半導體光源，其發(fā)展勢頭強勁，是太陽能路燈最為理想的光源。本設計采用冷光源LED光源，不但節(jié)能，反而使用壽命更長。

八、太陽能路燈照明方式的設計：

根據(jù)城市道路及與其有關的特殊場所的照明方式分常規(guī)照明和高桿照明兩種。常規(guī)照明有單側布置、雙側交錯布置、雙側對稱布置、橫向懸索布置、和中心對稱布置五種基本布燈方式。我們可以選擇中心對稱布置方式，既節(jié)省安裝燈架，又節(jié)省地基澆筑材料，大大降低了成本。

九、結束語

從國家的主體發(fā)展思路來看，我們認為光伏照明系統(tǒng)在現(xiàn)代城市路燈領域里有著很大的發(fā)展空間，大量的應用太陽能光伏照明，不僅可以實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色環(huán)保，為國家發(fā)展低碳經(jīng)濟做出應有的貢獻，同時，也可以提高城市市民的生活品質及城市的整體品位。

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