太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)優(yōu)化分析

孔軼

摘? ?要：在提倡可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的今天，對(duì)各類可再生資源的有效利用已經(jīng)被納入了政府高層的決策之中。太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的可再生能源，尤其受到青睞。而太陽(yáng)能LED路燈的投入使用不僅為政府節(jié)約了大筆的電費(fèi)，同時(shí)管理起來(lái)也相對(duì)容易。太陽(yáng)能LED路燈是一種依靠光源控制技術(shù)以及可再生能源傳輸系統(tǒng)的光源系統(tǒng)。為了有效提高系統(tǒng)性能，需要對(duì)電池組件的傾角、蓄電池的容量以及當(dāng)?shù)氐臍夂虻冗@幾個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，一方面保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面延長(zhǎng)太陽(yáng)能LED路燈的使用壽命，節(jié)約政府資金投入。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能LED路燈? 太陽(yáng)電池? 照明系統(tǒng)? 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TK512? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（c）-0075-02

1? 合理選擇太陽(yáng)能LED路燈的光源

太陽(yáng)能LED路燈和普通路燈不同，不需要人工架設(shè)電線以及光纜等設(shè)施，只需要在光源上安裝太陽(yáng)能電池板作為能源即可。但是結(jié)合當(dāng)前全國(guó)各地的太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，都采用了白熾燈光源。本身太陽(yáng)能LED路燈的前期成本投入就很高，又加上白熾燈光源的功率不穩(wěn)定，能耗較大且容易破損，在某種程度上增加的政府的控制成本。基于此，有必要對(duì)太陽(yáng)能LED路燈的光源進(jìn)行合理選擇。

例如政府部門在安裝太陽(yáng)能LED路燈時(shí)可以選用LED作為光源。LED作為一種新型的半導(dǎo)體發(fā)光元器件，具有功率穩(wěn)定、能耗低，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，除此之外，LED發(fā)出的光較為柔和，不刺眼，非常適合在城市街道、公園、學(xué)校等地區(qū)投放。根據(jù)一項(xiàng)數(shù)據(jù)研究表明，LED光源和普通白熾燈光源相比具有很好的光效，是其2倍之多，且可達(dá)到10萬(wàn)h以上的超長(zhǎng)使用壽命。

2? 做好電路控制設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)使用的電路系統(tǒng)的電壓都比較低，根據(jù)電器電壓標(biāo)準(zhǔn)可知，類似于公用設(shè)施的電器設(shè)備其電壓都處于220V～330V之間，且自耗電流低于工作電流的1%?；诖耍诎惭b公用光源設(shè)施時(shí)一定要對(duì)其電路進(jìn)行合理控制，太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)也不例外。綜合來(lái)講，太陽(yáng)能LED路燈的控制電路主要由集成運(yùn)放組合而成，該控制系統(tǒng)下的電氣設(shè)備無(wú)一例外都是由硬件組成的，且由于花費(fèi)少、可控性強(qiáng)、便于維護(hù)和日常管理等優(yōu)點(diǎn)受到不少電器生產(chǎn)廠商的青睞?；诖?，為了有效提高路燈的功率，需要對(duì)其電路控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

例如在進(jìn)行太陽(yáng)能LED路燈的控制電路設(shè)計(jì)時(shí)一定要對(duì)其蓄電池元祖件的蓄電能力進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其擁有良好充放電特點(diǎn)的同時(shí)還要擁有非常好的電壓回差。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要采用一些質(zhì)量良好的元器件如發(fā)光二極管共同構(gòu)成指示電路。從而將太陽(yáng)能LED路燈因充放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生的不利影響降到最低。除此之外，還要針對(duì)蓄電池和光源的特點(diǎn)及時(shí)調(diào)整自耗電流，進(jìn)而調(diào)整其功率，確保太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)可以在陰天或者梅雨季節(jié)內(nèi)正常使用。而這一點(diǎn)是沒(méi)有進(jìn)行電路控制設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)無(wú)法做到的，在太陽(yáng)輻射較低的季節(jié)中，這類照明系統(tǒng)的蓄電池的充電效果會(huì)顯著下降，進(jìn)而導(dǎo)致電壓增加，能耗上升，無(wú)法正常保持太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)的正常使用，而且長(zhǎng)時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)還會(huì)減少其壽命。

3? 合理調(diào)整太陽(yáng)能電池板的傾角

通常情況下，太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)的工作方式有兩種：（1）定時(shí)運(yùn)行;（2）根據(jù)光效運(yùn)行。就第一種運(yùn)行方式而言，該方式下的太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)受外界干擾較小，只需要在控制器上定好開(kāi)關(guān)時(shí)間即可。但是受到天氣以及季節(jié)等因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)天沒(méi)亮路燈就滅了這樣的現(xiàn)象，對(duì)市民的正常出行和生活帶來(lái)一定的困擾;就第二種工作方式來(lái)說(shuō)，根據(jù)光效運(yùn)行的太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)可以敏感感應(yīng)到周圍光線明暗的變化，當(dāng)周圍的亮度不足200勒克斯時(shí)，就會(huì)自動(dòng)切換到開(kāi)燈模式，當(dāng)光效增加時(shí)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉?；诖耍诙N運(yùn)行方式是當(dāng)前非常受到青睞的一種方式。但是光控工作系統(tǒng)也存在一定的缺陷，當(dāng)太陽(yáng)能電池板的傾角角度不合理時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)天沒(méi)亮燈滅了這種問(wèn)題。由此可見(jiàn)。太陽(yáng)能電池板的傾角角度是提高太陽(yáng)能LED路燈利用效率的一個(gè)重要因素。

例如為了有效調(diào)整太陽(yáng)能LED路燈光控方式的運(yùn)行時(shí)間，需要結(jié)合路燈安裝地區(qū)的日出日落時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并得出一個(gè)最佳傾角。首先需要結(jié)合該地區(qū)維度給出日出和日落時(shí)期對(duì)角公式，公式如下：，其中表示該地區(qū)所處的緯度，而δ表示太陽(yáng)赤緯。假設(shè)此時(shí)為正午時(shí)分，此時(shí)的赤緯角是太陽(yáng)光線直射方向與赤道的平面夾角。計(jì)算過(guò)程如下：

其中：

β代表太陽(yáng)能電池板的斜面傾角，ρ代表地面物體的太陽(yáng)輻射反射率θi代表太陽(yáng)入射角，結(jié)合常識(shí)可知，一般日出日落前后0.5h內(nèi)天光尚亮，此時(shí)的暗度沒(méi)有達(dá)到200勒克斯以下，所以得出公式：。將安裝路燈地區(qū)的緯度和赤緯代入公式中就可得出光控時(shí)間的變化，結(jié)合一年中冬至、夏至、春分以及秋分的太陽(yáng)直射時(shí)間變化，得出冬至?xí)r分低緯度地區(qū)的太陽(yáng)能LED路燈工作時(shí)間較長(zhǎng)，且工作時(shí)長(zhǎng)由低緯度地區(qū)向高緯度地區(qū)逐漸遞減;在夏至?xí)r期低緯度地區(qū)的太陽(yáng)能LED路燈工作時(shí)間較短，且由低緯度向高緯度地區(qū)逐漸遞增。但是綜合來(lái)說(shuō)，低緯度地區(qū)的時(shí)間變化差異不大，緯度越低，差異越小。由此可見(jiàn)，要對(duì)太陽(yáng)能LED路燈的電池板傾角進(jìn)行合理控制，通過(guò)調(diào)節(jié)其角度合理控制路燈運(yùn)行時(shí)間，在提高工作效率的同時(shí)節(jié)約能耗。最后，經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算得出太陽(yáng)能LED路燈工作時(shí)間最長(zhǎng)和最短的一天分別是每年的冬至日和夏至日，在這一天太陽(yáng)直射北（南）回歸線，導(dǎo)致白晝最短（長(zhǎng)），黑夜最長(zhǎng)（短）。而且太陽(yáng)能LED路燈四季的工作時(shí)間都各不相同，由此導(dǎo)致其存在負(fù)載不均衡的情況。基于此，除了調(diào)整其傾角之外一定要對(duì)太陽(yáng)能LED路燈的開(kāi)關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并且要在安裝時(shí)選用一些質(zhì)量良好的控制器，考慮到成本，本人建議選用帶有光感控制器的太陽(yáng)的LED路燈作為城市照明設(shè)備。

4? 合理設(shè)計(jì)太陽(yáng)能的蓄電池容量

在對(duì)太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮到其太陽(yáng)能蓄電池的容量。由于每個(gè)地區(qū)的氣候條件和光照時(shí)間都各不相同，所以為了確保太陽(yáng)能LED路燈可以在陰雨天正常使用，必須要對(duì)蓄電池容量進(jìn)行合理優(yōu)化。同時(shí)，為了降低太陽(yáng)能前期投入成本，需要在確保光效的基礎(chǔ)上用最少的太陽(yáng)能電池組件來(lái)達(dá)到完美的負(fù)載需求。通常，我國(guó)對(duì)負(fù)載缺電率的衡量單位為 LOLP，LOLP 的數(shù)值處于0～1之間，且數(shù)值越低說(shuō)明其負(fù)載缺電率越好，照明系統(tǒng)的可靠性越強(qiáng)。除此之外，根據(jù)我國(guó)城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，太陽(yáng)能LED路燈除了損壞外不可以停電，換而言之，即要求LOLP 數(shù)值為0，但是結(jié)合我國(guó)實(shí)際的供電情況來(lái)說(shuō)，幾乎不能達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，必須要對(duì)太陽(yáng)能的蓄電池容量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

例如可以結(jié)合照明系統(tǒng)安裝地區(qū)一年內(nèi)的天氣情況對(duì)蓄電池容量作出優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般情況下，太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)的LOLP 推薦值為 0.1，處于該數(shù)值下的路燈照明系統(tǒng)即便在連續(xù)一周的陰雨天中也可以維持正常的供電。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)路燈系統(tǒng)的配置如下：（1）采用8支額定功率為1W的白光LED;（2）兩塊的太陽(yáng)電池組件;（3）電壓為12V，電流為40AH的鉛酸蓄電池。

5? 根據(jù)路燈照明系統(tǒng)安裝地區(qū)的氣候條件進(jìn)行優(yōu)化

我國(guó)地勢(shì)西高東低，國(guó)內(nèi)以秦嶺-淮河為分界線形成不同的季風(fēng)區(qū)，秦嶺以北為廣義上的北方，屬于大陸性季風(fēng)氣候;淮河以南為南方，氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候。綜合來(lái)說(shuō)，我國(guó)光照輻射量最高的地區(qū)多以北方為主，北方降水少，蒸發(fā)量大，且光照時(shí)間充足，所以非常適合安裝太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)。就一份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)北方大部分地區(qū)的夏季蒙古高壓控制，天氣干燥、晴朗，日照時(shí)間長(zhǎng)，新疆某些地區(qū)的光照時(shí)長(zhǎng)可達(dá)到15h，且冬季也不例外，以晴天居多，很少有雨雪天氣。

以北方地區(qū)為例，每年的11月～2月份，屬于冬季，這一季節(jié)內(nèi)雖然太陽(yáng)輻射量較大，且赤緯的角度較大，不同緯度地區(qū)的光照時(shí)長(zhǎng)各異，且緯度越高白晝?cè)蕉?，由此可推測(cè)出北方冬季雖然太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，但是光照時(shí)間較長(zhǎng)。所以要及時(shí)對(duì)路燈照明系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行合理規(guī)劃。6～8月為夏季，雖然近些年氣候異常，但是綜合來(lái)說(shuō)北方地區(qū)的夏季還是以晴朗高溫為主，且在夏至這一天時(shí)光照時(shí)間最長(zhǎng)，由此可以推出北方夏季不僅太陽(yáng)輻射高，且光照時(shí)間較長(zhǎng)，基于此，需要盡可能地縮短路燈開(kāi)放時(shí)間。結(jié)合一份數(shù)據(jù)可知，冬季路燈開(kāi)關(guān)時(shí)間要比夏季延長(zhǎng)2.5～3h左右。除此之外，需要根據(jù)季節(jié)變化隨時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能電池板的傾角，在冬季時(shí)的傾角要盡量調(diào)整的高一些，傾角調(diào)整范圍控制在30°～45°之間;在夏季時(shí)可以適當(dāng)?shù)臏p小傾角，將其調(diào)整到15°～20°之間，在春秋兩季由于太陽(yáng)直射點(diǎn)的位移，所以變化幅度不大，無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模角度調(diào)整。而且需要盡可能地和黃赤交角平行，從而最大限度的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光直射太陽(yáng)能電池板，進(jìn)而提高太陽(yáng)能LED路燈功率。此外，結(jié)合對(duì)太陽(yáng)能LED路燈不同季節(jié)耗電量的對(duì)比可知，由于冬季的日照時(shí)間較短，導(dǎo)致太陽(yáng)能LED路燈的負(fù)載量不斷攀升，這和太陽(yáng)能電池板的傾角并沒(méi)有多大關(guān)系，完全是由冬季的日照時(shí)間決定的。鑒于原因，需要在冬季按時(shí)對(duì)太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)進(jìn)行檢修，必要時(shí)可以對(duì)其蓄電池進(jìn)行人工充電，確保其能夠進(jìn)行正常充放電，進(jìn)而延長(zhǎng)使用壽命。

6? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，太陽(yáng)路燈系統(tǒng)屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一種，但是由于當(dāng)前很多太陽(yáng)能光源產(chǎn)品未能達(dá)到光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致很多太陽(yáng)能光源系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行?；诖耍疚尼槍?duì)太陽(yáng)能LED路燈的特點(diǎn)，從太陽(yáng)能電池板傾角、日照時(shí)間、蓄電池容量等角度出發(fā)對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。一方面為政府節(jié)約太陽(yáng)能LED路燈投入成本，另一方面保障太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。最后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出只要通過(guò)加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能LED路燈的正常養(yǎng)護(hù)維修且在冬季對(duì)其進(jìn)行人工充放電，即可保障路燈的正常運(yùn)行。

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