前言：隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國都在尋求解決能源危機(jī)的辦法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術(shù)，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。

　　太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源，每天達(dá)到地球表面的輻射能大約等于2.5億萬桶石油，可以說是取之不盡、用之不竭。低壓鈉燈的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，所以發(fā)光效率高，一般人都認(rèn)為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉，但低壓鈉燈比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4，這是固體光源更偉大的改革。

　　建議使用低壓鈉燈作為燈源

　　1、系統(tǒng)介紹

　　1.1系統(tǒng)基本組成簡介

　　系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、太陽能充放電控制器（含路燈光控和時控）、控制箱、低壓鈉燈整流器、低壓鈉燈、蓄電池組和燈桿幾部分構(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。

　　控制箱箱體以不銹鋼或者鍍鋅鐵板噴塑為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“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。

　　1.2工作原理介紹

　　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太陽能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。蓄電池放電時間可以自行設(shè)定，也可以光控，充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池，并對路燈的開關(guān)進(jìn)行控制。

　　2、系統(tǒng)設(shè)計思想

　　太陽能路燈的設(shè)計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以深圳市雷鑫太陽能科技有限公司的這款太陽能專用低壓鈉燈為例，分幾個方面做分析。

　　2.1太陽能電池組件選型

　　設(shè)計要求：深圳地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時間為8小時，保證連續(xù)陰雨天數(shù)6天。路燈設(shè)計為26W，3600LM。

　　深圳地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算深圳地區(qū)峰值日照時數(shù)約為3.424h；

　　選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件2塊，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。

　　2.2蓄電池選型

　　選用2顆12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。

　　2.3太陽能電池組件支架

　　2.3.1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)為深圳地區(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。

　　2.3.2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。

　?、盘柲茈姵亟M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。

　?、坡窡魺魲U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=6m

　　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?？紤]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

　　　　　　　　　　=88.768×10－6m3

　　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=16.5Mpa＜＜215Mpa

　　其中，215Mpa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。

　　2.4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。

　　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。

　　以深圳市雷鑫太陽能科技有限公司的LX12-10A/ST2太陽能路專用燈充放電控制器為例，其性能如下：

　　1.管理蓄電池：防止蓄電池過度充電及過度放電，延長蓄電池壽命；

　　2.管理太陽能照明燈的自動開啟和關(guān)閉；可以光控和自行調(diào)節(jié)燈的照明時間，

　　3.協(xié)調(diào)太陽能板及蓄電池工作：防止蓄電池夜間向太陽能板放電，節(jié)省電能；

　　4.具有溫度補償功能。

　　3、結(jié)束語

　　整體設(shè)計基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計與蓄電池容量選型設(shè)計采用了目前最通用的設(shè)計方法，設(shè)計思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；表面處理采用了目前最先進(jìn)的技術(shù)工藝；路燈整體結(jié)構(gòu)簡約而美觀；經(jīng)過實際運行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。

　　目前，太陽能低壓前景鈉燈照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，與太陽能的可再生、清潔無污染以及低壓鈉燈的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能低壓鈉燈照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的。