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太阳能LED路灯系统设计
物理学 陈世雄 1711209
摘要 太阳能LED路灯以太阳光为能源，白天充电晚上使用，无需复杂昂贵管线铺设，可任意调整灯具布局，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费免维护。

关键词 太阳能电池 LED光源 控制器 蓄电池

Abstract Solar LED street light sunlight for energy, charging use at night during the day, without complex and expensive pipeline laid, can be arbitrary adjust the layout of the lamps and lanterns, safety and energy saving no pollution, no artificial work stable and reliable operation, saving electricity maintenance free.

Keywords: solar cell LED light source control Lead acid battery

引言 伴随地球资源日益贫乏，基础能源投资成本日益攀高，多种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一个"取之不尽、用之不竭"安全、环境保护新能源越来越受重视。同时，也伴随太阳能光伏技术发展和进步，太阳能灯具产品在环境保护节能双重优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面应用已经逐步形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。
1. LED太阳能路灯应用现实状况和发展前景
伴随现代化城市建设水平日益提升，城市照明用电量急剧增高，节省用电和用电设备和工程研究和应用已成为对应能源危机当务之急。将太阳能作为再生电能源和采取电子LED器件作为光源就成为了城市照明所研究专题，LED在太阳能路灯中应用有着日趋强劲势态，越来越显示出巨大发展前景。
LED是light Emitting Diode英文缩写，即发光二极管，是一个半导体器件，含有寿命仪表面板扳和音响等设备指示灯，和汽车尾灯照明和车体彩灯装饰中。另外，LED还有着两个突出优点：一是产生光谱中没有紫外线和红外线，没有幅射，其废弃物可回收，不会造成污染，极具环境保护效益；二是LED亮度可控制、耗能低，极具节能效果；所以，LED属于经典绿色照明光源，必将替换传统白炽灯和荧光灯。肯定成为自爱迪生于1879年发明白炽灯100多年以来照明技术又一次革命。
一套基础LED太阳能路灯包含太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池和LED。LED是单向导电性能电子器件，在电压下工作，利用太阳能电源能够用最简单方法供电给LED进行工作。太阳能电源和高亮度LED完美结合，当然应该是照明产品设计和生产最好选择。另外，LED寿命长，正常使用寿命在50000小时以上，远大于常见节能灯寿命，可减小维护路灯费用和人力；作为电子器件LED本身耗能很小，太阳能电池功率选择可比其它同功率灯要小，更经济实惠，由此可见太阳能LED路灯发展前景极其远大。
2.系统基础组成
太阳能路灯有以下多个部分组成：太阳能电池板、LED光源、控制器、蓄电池组等。
太阳能电池组件通常选择单晶硅或多晶硅太阳能电池组件；LED灯头通常选择大功率LED光源；控制器通常放置在灯杆内，含有光控、时控制、过充过放保护及反接保护，更高级控制器更含有四季调整亮灯时间功效、半功率功效、智能充放电功效等；蓄电池通常放置于地下或则会有专门蓄电池保温箱，可采取阀控式铅酸蓄电池、胶体蓄电池、铁铝蓄电池或锂电池等。太阳能灯具全自动工作，不需要挖沟布线，但灯杆需要装置在预埋件（混凝土底座）上。
2.1系统设计思绪
该系统用于西宁地域，系统设计需要考虑该地域光伏系统现场地理位置，包含地点、纬度、经度和海拔；
该地域气象资料，包含近十年逐月太阳能总辐射量、直接辐射量和散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数等特殊气象情况。
2.2 LED路灯配置方案
（1） 蓄电池容量计算 设LED路灯工作参数和环境参数以下：
<1>LED路灯，功率为30W，DC12V供电系统；
<2>当地日全部有效光照 5.5h 小时；
<3>每日放电时间12h；
<4>连续阴雨天3天（加雨夜前一天用电，共4天）。
蓄电池容量计算以下：
电流
蓄电池容量
考虑蓄电池充、放电预留20%容量；加20%损耗；
实际蓄电池容量
实际蓄电池为12V/180A·h。
（2） 太阳能电池板功率计算 设LED路灯工作参数和环境参数以下：
<1>LED路灯，功率为30W，电流为2.5A；
<2>天天放电时间为12h；
<3>太阳板预留最少20%；
<4>当地有效光照以日均 5.5h 计算；
<5>太阳能电池板工作电压为17.4V。
太阳能电池板功率计算以下：

太阳能电池板实际所需
实际太阳能电池板为18V/150W。
3.太阳能电池板

型号 JNGPB436150 类型 太阳能路灯
防护等级 IP65 光源类型 LED
额定功率 150W（W）电压 18（V）
日照时间 3.5（h）外形尺寸 1480X670X40mm（mm）
寿命 20年（h） 用途 路灯专用

太阳能电池板
开路电压 (Voc): 21.3 v
工作电压(Vmp): 17.4 v
短路电流 (Isc): 8.9 A
工作电流(Imp): 8.3 A
电池板功率(Pmax): 150 W
4. LED光源
(1) LED点光源是指以LED作为发光体点光源，LED属于人造电光源之一。参见“点光源”。
(2) 关键特点
<1>体积小
LED光源和传统光源相比体积小、重量轻，能够制作成多种形状器件，便于多种灯具和设备部署和设计，适应性强，适用范围广。
<2>环境保护性能好
因为LED光源在生产过程中无需添加金属汞，所以LED废弃后，不会造成汞污染，且其废弃物几乎能够全部回收利用，不仅节省了资源，还保护了环境。
<3>安全稳定
LED光源使用低压直流电就能够驱动，通常供电电压在6~24V之间，所以安全性能比很好，尤其适适用于公共场所。另外在外界环境很好条件下，LED光源比传统光源光衰小、寿命长，即使频繁开关，也不影响其使用寿命。
<4>抗震、抗冲击性能好
LED光源基础结构是一块电致发光半导体材料，置于一个有引线架子上，然后四面用环氧树脂密封，在结构上没有玻璃外壳，不需要像白炽灯或荧光灯那样在灯管内抽成真空或冲入特定气体。所以，LED光源抗震、抗冲击性能良好，给其生产、运输、使用各步骤带来了便利。
<5>指向性强
和传统光源相比，LED光源发出光线是定向，从LED发出大部分光线能直接射向被照面，利用率远高于传统光源。
<6>响应时间快
白炽灯响应时间为毫秒级，LED光源响应时间则为纳秒级。所以，广泛应用于交通信号及汽车信号灯领域。
<7>发光效率较高
伴随LED照明技术发展，LED光源发光效率已经由原来不到10lm/W提升到100lm/W以上，且其发光效率仍有较大提升潜力。
<8>光色丰富
LED光源经过改变电流、化学修饰、单色光混合等方法，能够实现可见光波段多种颜色发光和变色，即使对于白光LED也能够制作成多种色温光源。所以，在室内装饰照明和景观照明中含有显著优势。
<9>无闪烁、无紫外线
LED光源采取是直流供电，发光稳定不闪烁，且光谱关键集中在可见光区域，基础无紫外线或红外线辐射干扰，从而能够避免频闪效应带来不利影响，提升人眼舒适性。
<10>亮度可调性好
依据LED光源发光原理，LED发光亮度或输出光通量基础随电流正向改变。而其工作电流在额定范围内可大可小，含有良好可调性，为LED光源实现按需照明、亮度无级控制奠定了基础。
正是因为LED光源含有以上传统光源无法比拟优势，所以LED光源成为各国照明事业发展关键和方向。传统光源。

5.太阳能控制器

（1）太阳能路灯控制器参数
自动系统电压 12V/24V AUTO
工作环境温度 -25℃~+55℃
额定充电电流 10A
额定负载电流 10A
过载、短路保护 1.25倍额定电流60秒.1.5倍额定电流5秒时过载保护动作.
空载电流       ≤6mA
　 过压保护       17V(12V),34V(24V)
工作温度       -35℃至+55℃
　强充电压       14.6V(12V)  29.2V(24V)（维持充电时间10分钟）仅当出现过放电时调用
　均衡充电压   14.4V(12V)  28.8V(24V)（维持充电时间10分钟）
　浮充电压       13.6V(12V)  27.2V(24V)
　充电恢复电压 13.2 V(12V)  26.4V(24V)
温度赔偿       -5mv/℃/2V
蓄电池低压保护   11V(12V)  22V(24V)
负载恢复工作电压       12.6V(12V)  25.2V(24V)
控制方法     充电为PWM脉宽调制
控制器采取工程塑料、铝合金基底，含有愈加散热性能，延长本身使用时间。
外壳尺寸 140×90×28mm
安装孔尺寸：133.5 X 70(mm)
（2）太阳能路灯控制器功效
<1> 适适用于太阳能路灯系统，自动判定环境亮度，含有正确合理开关灯时间
<2>使用国外纳瓦技术优异微处理器，实现智能控制、含有更稳定性能，uA级工作电流含有极低本身功耗，节省电能。
<3>自动电压适应12v/24v系统
<4>蓄电池过充、过放、短路保护，控制器将关闭负载，停止供电，依据需要进行恢复性充电。
<5>　含有电池和太阳能板极性防反接保护功效，经过场效应管控制杜绝蓄电池对电池板反向放电预防蓄电池容量损耗。
<6>负载过载和短路保护经过软件快速感应，愈加好保护不损坏任何部件不烧保险丝；
<7>智能高效PWM充电模式，含有强充、均衡充、浮充三种充电方法，同时含有高精度温度赔偿功效。
<8>一路负载输出，含有纯光控模式；光控加单时段控制模式，满足用户对路灯系统个性化需求
<9>含有直流输出或1hz频闪输出选择，频闪输出适适用于LED交通警示灯等
<10>　直观三个LED状态指示灯能够清楚了解太阳能充电状态，蓄电池状态，负载状态<11>采取数字LED显示模式指示灯能够清楚了解现在工作模式，一键式操作完成全部设置，使用方便直观。
6.蓄电池

品牌：尚立
型号：180AH
化学类型：铅酸蓄电池
电压：12（V）
类型：储能用蓄电池
荷电状态：免维护蓄电池
电池盖和排气拴结构：阀控式密闭蓄电池
额定容量：180
外型尺寸：522*240*219/228（mm）
产品认证：ce
适用范围：太阳能蓄电池

(1) 使用条件及环境
<1>充电电流（浮充使用）;0.15CA以下；
<2>放电电流：0.05--3CA；
<3>环境温度：0--40℃（适宜温度25℃）；
<4>充电电压：12V电池推荐值。

7. 结束语
太阳能LED路灯以太阳光为能源，白天充电晚上使用，无需复杂昂贵管线铺设，可任意调整灯具布局，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费免维护，太阳能光伏板和LED光源相结合，为用户实现最好性价比和高可靠性。