由于能源越来越紧张,传统的燃料能源正在一天天减少,如地球上的石油和天然气将在几十年后开采完,因而可再生的新能源必将取代传统能源,而太阳能将成为首选的可再生能源,太阳能路灯利用必将在未来几年会有重大发展,如太阳能灯具已经从前几年的小型庭院灯或草坪灯开始向次干道或辅道路灯发展。由于受太阳能电池板的面积和造价的制约,目前一体式太阳能路灯灯具功率上限约为70W左右,因此这里就70W左右路灯的光源选择和相关计算进行一下探讨。
太阳能路灯的技术性能 1. 光源的选择:
表一 几种适用于太阳能灯具的常见光源的技术参数(60--80W)
光源种类 综合光效lm/W 显色指数Ra 寿命H 用于路灯时的配光 价格元/W
陶瓷金卤灯 80 90 12000 好 7
高压钠灯 80 20 20000 好 4
低压钠灯 150 无 18000 一般 8
大功率LED 40 85 60000 一般 25
普通节能灯 50 85 8000 一般 2
无极灯 65 85 60000 差 10<?xml:namespaceprefix=o ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
:光效和价格包含电子镇流器或驱动电路损耗和价格
为兼顾成本,太阳能路灯灯具一般不追求阴雨天100%可靠点亮,因此乘上斜面修正系数后可不乘其它安全系数,此修正系数为太阳能电池倾斜安装后所提高的效率及不同月份不均匀性的一个综合系数。以杭州为例,太阳能日均辐射量为3.24KW/m2,相当于每天有峰值功率发电3.24小时,修正系数为0.936,按太阳能电池表面污染及蓄电池自耗损系数为0.9,计所需的太阳能电池功率为:(给24V蓄电池充电的太阳能电池电压为34V)太阳能路灯的性能
26.6AH×34V =331W
3.24H×0.936×0.9
可选择165Wp的太阳能电池组件2块,165Wp的太阳能电池外形尺寸为<?xml:namespace prefix =st1ns="urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags"/>1580mm×795mm,装于8米左右的路灯上此面积尚可接受。
4.太阳能路灯电池板安装倾角的确定:
关于太阳能电池板安装倾角,近年在学术杂志上也有一些文章发表,但意见不尽相同。我们认为,太阳能路灯电池在用于并网发电时为了尽量多发电,安装倾角一般为光照充足时(7—8月)能正对太阳,并适当兼顾全年,一般比当地纬度值稍小。而用于灯具时,太阳能电池的安装倾角是力求全年的发电量尽量平均,也就是日照最少的月份能尽量多发电,因此应根据当地的月平均日照时数,在日照最少的月份,太阳能尽量垂直照射电池板,但实际上正由于日照最少,太阳辐射量以散射光为主,过于追求正对太阳并不能增加多少发电量,所以一般在此角度与当地纬度值之间选择,南方光照最少的月份是阴雨天,安装倾角靠近当地纬度值,北方光照最少月是因为太阳本身照射的时间短,安装倾角靠近垂直当月的日照高度角,在杭州我们选择40度左右(居中)。太阳能路灯的性能
5.计算蓄电池的容量及蓄电池的选择:
按需要连续阴雨照明6天,加上当天,则蓄电池需要能提供7天照明的电量,按蓄电池放电深度80%,因此所需的容量为:
26.6AH/D×7D =198AH
太阳能路灯的技术性能
可选择200AH/12V蓄电池2只。
较大功率的太阳能灯具目前几乎无一例外地选择密封式免维护铅酸电池,虽然这种电池较以前的加水式铅酸电池在性能上有了较大提高,但它如过放电或放电后不能及时充电仍将明显影响寿命,而这在太阳能灯具上又不可避免,因此只能通过控制放电深度进行改善,但这同时又增加了蓄电池的价格和体积,为了两者兼顾,一般放电深度控制在75%--80%。
中档蓄电池的设计寿命根据不同档次般为5—10年,但这是指在环境温度为25℃,每月放电量相当于完全放电一次,放电后能及时充电,并保持充满状态的理想情况下所测试的寿命,且温度每升高10℃,寿命就减半。如按平均放电深度为30%,则约可充放1200次,再加上温度影响,则在太阳能灯具上实际只能用3年。高档蓄电池一般是200AH以上的单体(2V)电池,设计寿命可在10年以上,但由于价格及安装不便,不适用于太阳能灯具。太阳能路灯的性能
虽然镍镉或镍氢电池过放电影响寿命很小,寿命可比铅蓄电池长,但由于价格过高,也不适用于太阳能灯具。
6.珍琪公司测试结果:在2006年3月按以上设计,将太阳能电池及亮灯时间减半制作了一套灯具进行测试,自动记录每天的亮灯时间和太阳能电池充电量,现将测试结果供大家参考。
测试条件为:太阳能电池组件:80W/17V2块,安装倾角:40度,蓄电池:100AH/12V2只,光源:70W金卤灯,镇流器耗损5W,升压转换耗损5W,计总功耗:80W,亮灯时间:4.3/5.6小时定时。
表三 70W太阳能灯具实测记录
月份 日均亮灯时间(H) 不正常亮灯天数(D)① 日均冲电量(AH) 折合峰值功率时间(H)②
3月③ 4.35 2 15.99 3.48
4月 4.62 1 15.53 3.38
5月 4.11 7 13.38 2.91
6月 4.79 1 14.53 3.16
7月 4.30 0 16.50 3.59
8月 5.60 0 19.17 4.17
注:
1. 亮灯时间少于80%定为不正常亮灯,测试中为了尽量多记录充电量,平时亮灯时间定为4.3小时,连续晴天时人为调成5.6小时,因此连续阴雨4--5天就不能正常亮灯,不正常亮灯天数比实际使用会偏多一些。
2. 由于部分时间有充满保护,此数值比实际日辐射量要略小。
3. 3月份为15日开始测试
为兼顾成本,太阳能灯具一般不追求阴雨天100%可靠点亮,因此乘上斜面修正系数后可不乘其它安全系数,此修正系数为太阳能电池倾斜安装后所提高的效率及不同月份不均匀性的一个综合系数。以杭州为例,太阳能日均辐射量为3.24KW/m2,相当于每天有峰值功率发电3.24小时,修正系数为0.936,按太阳能电池表面污染及蓄电池自耗损系数为0.9,计所需的太阳能电池功率为:(给24V蓄电池充电的太阳能电池电压为34V)
26.6AH×34V =331W
3.24H×0.936×0.9
可选择165Wp的太阳能电池组件2块,165Wp的太阳能电池外形尺寸为<?xml:namespace prefix =st1ns="urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags"/>1580mm×795mm,装于8米左右的路灯上此面积尚可接受。
4.太阳能电池板安装倾角的确定:
关于太阳能电池板安装倾角,近年在学术杂志上也有一些文章发表,但意见不尽相同。我们认为,太阳能电池在用于并网发电时为了尽量多发电,安装倾角一般为光照充足时(7—8月)能正对太阳,并适当兼顾全年,一般比当地纬度值稍小。而用于灯具时,太阳能电池的安装倾角是力求全年的发电量尽量平均,也就是日照最少的月份能尽量多发电,因此应根据当地的月平均日照时数,在日照最少的月份,太阳能尽量垂直照射电池板,但实际上正由于日照最少,太阳辐射量以散射光为主,过于追求正对太阳并不能增加多少发电量,所以一般在此角度与当地纬度值之间选择,南方光照最少的月份是阴雨天,安装倾角靠近当地纬度值,北方光照最少月是因为太阳本身照射的时间短,安装倾角靠近垂直当月的日照高度角,在杭州我们选择40度左右(居中)。
5.计算蓄电池的容量及蓄电池的选择:
按需要连续阴雨照明6天,加上当天,则蓄电池需要能提供7天照明的电量,按蓄电池放电深度80%,因此所需的容量为:
26.6AH/D×7D =198AH
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