中国照明电器２００８年第３期ＣＨＩＮＡｌｌＧＨＴ＆ｌｌＧｌｌｌｌＮＣ太阳能ＬＥＤ路灯方波，秦大为２（１．连云港市路灯管理处江苏连云港２２２（ｘ抖；２．盐城师范学院实验中心江苏盐城２２４（）Ｘ）２摘要本文介绍一种太阳能ＬＥＤ大功率路灯的工作原理、设计思想和理论计算方法。关键词太阳能慢脉冲快速充电ＬＥＤ路灯ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＬＥＤＳｔｒｅｅｔＬｉｇｈｔＦａｎｇＢｏ，Ｑｉｎｎａｗｅｉ，（１．ｉｌｎａｙｕｎｇａｎｇｓｔｅｒｅｔｌａ呷Ａｄｍｉｎｉｓｔｔａｒｉｏｎｏｆｉｆｃｅ，Ｕａｎ抖ｎ，ｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２２２《Ｘ科；２．公ｐ面ｍｅｎｔｃｅｎｔｅ：仪ＹａｎｃｈｅｎｇＴｅａｃｈｏＣｏｌｌｅ罗，Ｙａｎｃｈｅｎｇ，Ｊｉｎａｕｓ２２４００２）Ａ加ｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｔｒｉｃｌｅｉｎｔｏｄｕｃｅｓｏｎｅｋｉｎｄｏｆｓｏｌｒａｅｎｅ卿ＬＥＤｈｉｈｇｅｉｆｃｉｅｎｃｙｓｔ二ｅｔｌｉｈｇｔｔｈｅｐｒｉｎｃｉｌＰｅｏｆｗｏ政，ｔｈｅｄｅｓｉ，ｔｈｏｕｇｈｔａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌｔａｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｏｌｒａＥｎｅ卿；ＦａｓｔＣｈａｒｉｇｎｇ；ｏｐｅｒｔａｉｏｎｗｉｔｈｓｌｏｗＰｕｌｓｅ；ＬＥＤ；Ｓｔｅｒｔｅｌｉｈｇｔ前言 随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能广２源危机的途径，一条是寻求新能源和可再生能源；另一条是寻求新的节能技术，以降低能源消耗，提高能源利用效率。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能 源，每天达到地球表面的辐射能约等于２．５亿万桶石油的能量，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能比Ｄ照明系统集成了太阳能与比Ｄ的优 点。本文对自行研制的一款采用慢脉冲快速充电技图１太阳能ＬＥＤ路灯结构示意图术（发明专利号：ＣＮ１２６９６Ｉ６Ａ）的太阳能比Ｄ大功率路灯进行介绍。太阳能电池板光效达到１ ７２Ｗｐ／扩，效率较高；集成于印刷电路板上以一定间距排列的由ＩＷ白光１系统介绍比Ｄ和ＩＷ黄光ＬＥＤ组成的点阵作为平面发光源。１．１系统基本组成简介控制箱箱体的材质为不锈钢， 美观耐用；控制箱如图１所示，系统由太阳能电池组件１、Ｌ ＥＤ灯内放置免维护铅酸蓄电池和采用慢脉冲快速充放电具２、灯杆３和控制箱４（内有充电器、控制器、蓄电专利技术研制成的太阳能路灯专用充电控制器。系池）四部分构成。统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其很少需要维万方数据中国照明电器２００８年第３期护，故又被称为“免维护电池”，有利于降低系统的维护费用；充放电控制器在设计上兼顾了功能（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本，电池已充满的情况下，可以连续工作７个阴雨天，再加上第一个晚上的供电量，蓄电池容量：１２．Ｚｘ（７＋１）二９７．６ＡＨ，选用２台１２ＶｌｏＡＨ的蓄电池就可以满具有很高的性价比。１．２工作原理介绍 该系统的工作原理较为简单，白天太阳能电池板接收太阳辐射能并将其转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至ＩＯｌｘ左右、太阳能电池板开路电压降为４．ＳＶ左右时，充放电控制器动作，蓄电池对外电路供电。蓄电池放电８．ｈｓ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系统设计思想 太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明设计相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。下面将以本专利太阳能ＬＥＤ大功率路灯为例，分几个方面进行分析。２．１太阳能电池组件选型设计要求： 用于连云港地区，采用大功率比Ｄ光源，其工作电压２４Ｖ、功耗３４．ＳＷ，每天工作８．ｈｓ，保证连续供电阴雨天数７天。（１ ）连云港地区近二十年年均辐射量１７０．７Ｋｃａｌ／ｃ扩，经计算连云港地区峰值日照时间约为３．４２４ｈ；（ ，＿、、，，、、。、 ２）负载日耗电量为竺，３４．５彭ｘｓ＿＿・５＝‘曰＿＿．，＿２・“ＡＨ（ ３）所需太阳能组件的总充电电流为１．５０ｘｌ２．２０２ ＋７ｘ州万了于（３。４２４ｘｏ．５８）＝５．ｇＡ。在这里，两个连续阴雨天的间隔时长设定为最短２０天，太阳能电池组件系统综合损失系数为１，５０，蓄电池充电效率为０．８５０ ４（）太阳能组件的最小功率数为１７．２ｘ５．９二１２０ｗ，选用峰值输出功率１１０ｗｐ、单块５５ｗｐ的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年中的大多数情况下正常运行。２．２蓄电池选型 蓄电池容量的设计计算比太阳能组件峰瓦数的设计计算要简单。根据上面的计算，负载日耗电量１ ２．ＺＡＨ。在蓄万方数据足要求。２．３太阳能电池组件支架２．３．１倾角设计 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，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。近年来许多学术刊物都有关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨。本次路灯的使用地区为连云港，依据本次设计参考文献中的相关资料，将太阳能电池组件支架倾角设定为１６“。２．３．２抗风设计 在太阳能路灯系统的结构设计中，一个需要非常重视的问题就是抗风设计问题。抗风设计主要分两个部分，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面分别对以上两部分进行分析。（１ ）太阳能电池组件支架的抗风设计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２７而。（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３５６Ｐａ。因此，组件本身是完全可以承受２７而５的风速而不被损坏。因此，设计中要重点考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆 的连接设计采用的是螺栓杆固定连接。（２）路灯灯杆的抗风设计 路灯的参数如下： 电池板倾角Ａ＝１ ０６灯杆高度＝ｓｍ 设计选取灯杆底部焊缝宽度ｄ二４Ｉ ｌｎ灯杆底部外径＝１ ８６ｌｎ如图２所示， 焊缝所在面即灯杆破坏面。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ＰＯ为１．５４５ｍ。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩Ｍ二Ｆｘｌ．５４５。根据设计的最大允许风速２７而。，Ｚｘｓｏｗ的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为７３０Ｎ。考虑安全系数为１．３，Ｆ＝１．３ｘ７３０＝９４９Ｎ。所以，Ｍ＝＝Ｆｘｌ．５４５＝９４９城１．５４５二１４６６Ｎ．ｍｏ根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩平＝ｐ 波等：太阳能比Ｄ路灯万方数据圈２灯杆抗风设计分析图ｘ（３ｒ，ｄ＋３ｒｄ，＋Ｊ，）。上式中，ｒ是圆环内径，‘是圆环宽度。破坏面抵抗矩： Ｗ二ｐｘ（ ３ｒＺｄ＋３心，＋ｄ，）＝５５．７６ｓｘｌｏ一６时风荷载在破坏面上由作用矩引起的应力＝Ｍ／平 二１肠６１（５５．７６ｓｘｌｏ一６）＝１６．ＳＭｐａ《Ｚ１５Ｍｐａ其中， １Ｚ５Ｍｐａ是卯３５钢的抗弯强度。 所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要保证焊接质量，灯杆的抗风是没有问题的。．２４控制器太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。 其基本功能为过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。蓄电池防过充、 过放保护电压一般参数如表１所示。当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态。衰１蓄电池充放电保护 标称电压防过充电压 防过放电压６Ｖ７． ＺＶ土０．Ｉｖ５．ＳＶ土ｏｌＶ１２ｖ１４．３Ｖ士０．ＩＶ１１，ＯＶ士ｏｌＶ２４ｖ２８６Ｖ土ｏｌＶ２２０土ｏｌＶ 在选用器件上，目前有采用单片机的， 也有采用比较器的，方案较多，各有优点，应该根据客户群的需求选定相应的方案。本文主要介绍采用慢脉冲快速充放电专利技术研制成功的太阳能路灯专用充电控制器的基本工作原理。针对我国的地域特点和阳光日照规律，国内首次 将蓄电池慢脉冲快速充电技术应用于太阳能路灯，最大限度的延长了蓄电池的使用寿命，有效地提高了太阳能灯具的充电率，进而有效地延长了灯具的使用寿命，有效的提高了太阳能灯具的可靠性和亮灯率。我们根据电池多孔性电极理论模型， 运用电化学动力学原理，经过大量试验研究，设计出了一种双稳态非线性反馈机制的慢脉冲快速充电方法。这种方法能确保在充电过程中及时消除或减小电池极化，另外该方法还具有电池析气量少，温升低，快速充电量足，充电效率高，电池寿命不受损害的特点，采用本项专利技术能够较经济地制造出用途广泛的、实用、高效、快速充电设备。慢脉冲快速充电方法的总体设计如图３所示。 整个充电过程分为Ａ、Ｂ两段，在Ａ段以恒流慢脉冲充电，在Ｂ段以恒压慢脉冲充电。所谓慢脉冲就是指在一段较大电流充电一个时间的后面紧接有一个小电流的维持态充电过程，小电流的维持充电时间一般为１秒至几十秒，其与现有技术放电去极化具有根本区别。图３慢脉冲快速充电方法示意圈 维持一段时间的较小电流充电可以有效地消除或降低电池充电时的各种极化，提高蓄电池充电效率，延长蓄电池的使用寿命。运用此方法的太阳能路灯充电系统在充分利用太阳能、提高蓄电池的充电效率、延长蓄电池的使用寿命等方面均取得了良好的效果。 纵观国内外太阳能路灯、庭园灯、草坪灯的研发和生产情况均在向提高太阳能电池板的光电转换效益，提高蓄电池的充电效率，提高电光源的转换效率的方向发展，本项技术采用慢脉冲充电技术，高效大功率比Ｄ灯及上海交大最新研制的单晶硅高效太阳能电池板，其整体技术已达到国内同行业先进水平，但在太阳能电池板与灯具整体的优化、美化设计等方面仍存在问题，有待在今后的研究工作中进一步解决。２．５表面处理中国照明电器２）Ｘ（８年第３期 该系列产品采用静电涂装新技术，以ＦＰ专业建匹配性较好。材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩及环境协目前，太阳能比Ｄ照明的前期投资问题仍然是 调一致的要求，同时产品自洁性高、抗腐蚀性强，耐老一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，化，适用于任何气候环境。加工工艺设计为在热浸锌而价格却逐渐降低，与此同时，市场上比Ｄ光效在快的基础上涂装，使产品性能大大提高，其指标均已达速提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁到或超过ＧＢ的相关要求。无污染以及ＬＥＤ的环保节能相比，常规能源日趋紧３结束语张，并且使用后会对环境造成污染。因此，太阳能ＥＬＤ照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们 整体设计基本上考虑到了各个环节：光伏组件的的是无穷的生命力和广阔的前景。峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前通用的设计方法，设计思想比较科学；尤其是应用了参考文献慢脉冲快速充电方法的太阳能路灯充电系统在充分倪海东绿色电能变换集成控制器〔Ｍ〕．北京：机械工业出版社，利用太阳能、提高蓄电池的充电效率、延长蓄电池的２（）Ｘ，。使用寿命等方面均取得子良好的效果。从电池组件周志敏等．比Ｄ驱动电路设计与应用【Ｍ〕．北京邮电出版社，２（Ｘ拓。支架与灯杆两个方面对抗风设计做了分析，分析比较国家新材料生产力促进中心．中国半导体照明产业发展报告全面；表面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯〔Ｒ〕．北京：机械工业出版社，２（Ｘ汤．整体结构简约而美观；经过实际应用证明各环节之间（本文编样 李雪）征稿启事 （中国照明电器》杂志是向国内外公开发行的科技期刊（月刊），自１９４年起被《中国期刊网》、《中国学术期刊（光盘版）》、“中国期刊全文数据库”、“万方数据—数字化期刊群”全文收录。办刊宗旨为：报导国内外照明电器行业的研究成果、技术动态、先进生产管理经验，促进我国照明电器工业的技术进步。征稿范围：，涉及照明电器领域科研和生产实践方面的学术论文； ，有关照明电器的设计实例及技术成果； ，国内外照明电器发展综述和评论性文章及考察、调研报告；＊国内外照明电器标准与法规、 测试方法与仪器设备介绍；关国内外照明电器专利摘要及新产品介绍； 来稿要求：．文章论点明确、 数据真实，语句通顺、简明扼要。３（ＫＸ）字以上的文章，请附１０一２００字的摘要及至少３个关键词；图表的线条及文字、照片应清晰；引用参考文献应准确、适量、完整；．请勿一稿两投。来稿一律不退， 请作者自留底稿；令请作者提供真实姓名（发表可用笔名）、身份证号码、工作单位、 通讯地址及邮编。来稿请发Ｅ一ａｎＩｉｌ至：ＺＧＺＭＤＱ＠１６３．ｃｏｍ或挂号寄至： 北京市朝阳区大北窑厂坡村甲３号《中国照明电器》杂志编辑部邮编：１ （０Ｘ）２２电话：１００一６７７０９３６８一本刊编辑部一 万方数据
