太阳能路灯工作原理

1.1系统基本组成简介

系统由太阳能电池组件部分(包括支架)、LED灯头、控制箱(内有控制器、蓄电池)和灯杆几部分构成;太阳能电池板光效达到127Wp/m2,效率较高,对于系统的抗风预设非常有利;灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上摆列为一定间距的点阵作为平面发光源。

控制箱箱体以不锈钢为材质,美观耐用;控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池,由于其维护很少,故又被称为"免维护电池",有利于系统维护费用的降低;充放电控制器在预设上兼顾了功能齐备(具有光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等)与成本控制,实现很高的性价比。

1.2工作原理先容

系统工作原理简单,利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天

太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出,颠末充放电控制器存储在蓄电池中,夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右,充放电控制器侦测到这一电压值后动作,蓄电池对于灯头放电。蓄电池放电8.5钟头后,充放电控制器动作,蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。

2、系统预设思想

太阳能路灯的预设与一般的太阳能照明相比,基来历根底理相同,但是需要考虑的环节更多。下面将以香港真明丽集团有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例,分几个方面做阐发。

2.1太阳能电池组件选型

预设要求:广州地区,负载输入电压24V功耗34.5W,每天工作时数8.5h,保证持续阴雨天数7天。

⑴广州地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2,经简单计算广州地区峰值日照时数约为3.424h;

⑵负载日耗电量==12.2AH

⑶所需太阳能组件的总充电电流=1.05×12.2×÷(3.424×0.85)=5.9A

在这里,两个持续阴雨天数之间的预设最短天数为20天,1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数,0.85为蓄电池充电效率。

⑷太阳能组件的最少总功率数=17.2×5.9=102W

选用峰值输出功率110Wp、单块55Wp的规范电池组件,应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。

2.2蓄电池选型

蓄电池预设容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。

根据上面的计算知道,负载日耗电量12.2AH。在蓄电池充满情况下,可以持续工作7个阴雨天,再加上第一个晚上的工作,蓄电池容量:

12.2×(7+1)=97.6(AH),选用2台12V100AH的蓄电池就可以满足要求了。

2.3太阳能电池组件支架

2.3.1倾角预设

为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多,咱们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。

关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨,最近几年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为广州地区,依据本次预设参考相关文献中的资料[1],选定太阳能电池组件支架倾角为16o。

2.3.2抗风预设

在太阳能路灯系统中,结构上一个需要非常重视的问题就是抗风预设。抗风预设主要分为两大块,一为电池组件支架的抗风预设,二为灯杆的抗风预设。下面按以上两块分别做阐发。

⑴太阳能电池组件支架的抗风预设

依据电池组件厂家的技术参数资料,太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s(相当于十级台风),根据非粘性流体力学,电池组件承受的风压只有365Pa。所以,组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以,预设中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的毗连。

在本套路灯系统的预设中电池组件支架与灯杆的毗连预设使用螺栓杆固定毗连。

⑵路灯灯杆的抗风预设

路灯的参数如下:

电池板倾角A=16o灯杆高度=5m

预设选取灯杆底部焊缝宽度δ=4mm灯杆底部外径=168mm 3,焊缝地点面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为PQ=[5000+(168+6)/tan16o]×Sin16o=1545mm=1.545m。所以,风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M=F×1.545。

根据27m/s的预设最大允许风速,2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数,F=1.3×730=949N。

所以,M=F×1.545=949×1.545=1466N.m。

根据数学推导,圆环形破坏面的抵抗矩W=π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。

上式中,r是圆环内径,δ是圆环宽度。

破坏面抵抗矩W=π×(3r2δ+3rδ2+δ3)

=π×(3×842×4+3×84×42+43)=88768mm3

=88.768×10-6m3

风荷载在破坏面上作用矩导致的应力=M/W

=1466/(88.768×10-6)=16.5×106pa=16.5Mpa

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