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太阳能LED路灯系统研究与应用分析

导读: 部分贫瘠地区还在使用不可再生的蜡烛、木材及煤油灯等生物燃料来照明,有效利用太阳能源无污染且永不枯竭的特点,结合LED照明高效节能、环保、寿命长和光色易控制等优势,通过太阳能LED路灯的应用提高能源利用率及缓解能源危机,促进我国能源再利用技术的发展,对改善照明质量和调整社会经济结构具有重要意义。

  随着人类生活质量的提高,对能源的消耗也迅速增长,石油资源面临枯竭,地球生态环境也日益恶化,能源缺乏与环境污染问题已成为经济持续发展面临的重要问题,引起了人们的广泛关注。

  据相关数据统计显示,照明在全球能源消耗中约占20 %,我国每年用于照明的电力在3000亿度以上,其中道路照明约占照明总量的30 %。有效利用天然能源是技术研究的焦点,通过有效收集太阳能源并循环利用每年可节约近1/3照明用电,相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程全年的发电量。

  部分贫瘠地区还在使用不可再生的蜡烛、木材及煤油灯等生物燃料来照明,有效利用太阳能源无污染且永不枯竭的特点,结合LED照明高效节能、环保、寿命长和光色易控制等优势,通过太阳能LED路灯的应用提高能源利用率及缓解能源危机,促进我国能源再利用技术的发展,对改善照明质量和调整社会经济结构具有重要意义。

  1. 太阳能LED路灯照明系统

  1.1 太阳能LED路灯方案

  太阳能LED路灯由太阳能电池(在物理学上称为太阳能光伏photovoltaic,PV)、风力发电机、蓄电池(storage batteries)、控制器(controller)、逆变器(inverter)、LED路灯、安装支架和灯杆等部件组成,按结构组合分为风光互补、市电互补和独立式等类型。

  受太阳光照射分布密度、光照时间、连续阴天及雪雨天气等因素的制约,通常会对PV或蓄电池的容量进行精准的计算,采用风光互补或市电互补来保证项目照明需求。

  深圳市斯派克光电科技有限公司通过多年项目经验积累,研发的独立式太阳能LED路灯如图1,产品不受地域限制及电力安装条件的影响,也不需要开挖路面做布线埋管施工,PV可根据地理状况进行调节安装,蓄电池和控制器装入箱内固定在灯杆上,也可以将控制器装在灯杆底部的检查口内及蓄电池地埋。

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图1独立式太阳能LED路灯

  1.2 产品标准

  查阅我国现行标准,太阳能LED路灯的安全应符合GB 24460-2009《太阳能光伏照明装置总技术规范》标准要求,整体结构具有足够的强度承受10级风荷载试验,防护等级不低于IP54,4m以上高度的灯杆应具有良好的防雷和接地保护措施,接地电阻应小于30 Ω,带电体与金属部件之间绝缘电阻应大于2 MΩ,箱体需设计成使用专用工具才能打开的结构。

  在产品设计或确定方案时,组件应符合相应国家标准的要求,无相应国家标准时,应按IEC标准、行业标准、联盟标准或企业标准要求执行,以保证产品的安全及性能符合标准要求。

  PV应符合GB/T 9535-2006《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》标准要求,固定型阀控式铅酸蓄电池应符合GB/T 19638系列标准相应要求,通用阀控式铅酸蓄电池应符合GB/T 19639系列标准相应要求,控制器和逆变器应符合GB/T 26849-2011《太阳能光伏照明用电子控制装置性能要求》标准要求,LED路灯应符合GB 7000.1和GB 7000.5标准要求,灯杆和安装支架等部件应符合GB 24460-2009标准的第6.5条要求。

  1.3 太阳能电池

  PV是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能,当一定光照到就可输出电压及在有回路的情况下产生电流的1种光电半导体组件,并具有一定的防腐、防雨、防冰雹及抗风能力。

  PV按结晶状态可分为结晶薄膜式和非结晶薄膜式两大类,前者又分为单晶硅和多晶硅,目前产业化N型单晶PV的转换效率约为21 %-24 %,P型单晶PV的转换效率约为18.7 %-19.2 %,多晶PV转换效率约为17 %-17.5 %,美国特拉华大学(University of Delaware)最新研制的超高效硅PV采用1种新型横向光学聚焦系统将转换效率提升到42.8 %,比P型单晶PV高出约1倍。

  PV的开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子和转换效率等指标是衡量性能优劣的基准,为防止串联中被遮蔽的PV出现热斑效应,在正负极间并联1个旁路二极管,避免受光组件所产生的能量被遮蔽PV所消耗。

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