太阳能路灯的选择与原理Word文件下载.docx

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假如系统成本按60元/W计算，则普通太阳能灯具成本为240W×

60元W=1.44万元；

新型太阳能灯具为100W×

60元/W=0.6万元。

单纯一盏灯就相差了8400元，还没有考虑系统缩小以后，故障率、安装维护费用等降低的有利影响。

很多厂家一直在寻找更合适的光源，然而，市场上此类产品却非常少。

市场上没有或产品不过关，换一个角度看也未必是一件坏事，没有且需要，就意味着一种商机，在这方面投入并有所成果就掌握了太阳能灯具的核心技术之一，占了市场先机。

如果想大规模投入太阳能灯具市场，并引领潮流，就必须掌握太阳能灯具的核心技术，否则将置后于人。

控制器充电方法和参数设置问题

常规充电法

1.恒流充电法

恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联的电阻，保持充电电流强度不变的充电方法。

其控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，所以到充电后期，充电电流多用于电解水产生气体，使出气过多。

2.阶段充电法

1）阶段法。

首先以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。

2）三阶段充电法。

在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。

当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。

这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，仍受到一定的限制。

3.恒压充电法

充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。

与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。

这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。

但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成报废。

快速充电法

1.脉冲式充电法

脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间后再充，如此循环充电脉；

中使蓄电池充满电量，间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。

间歇脉；

中使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池对充电电流的接受率。

2.变电流间歇充电法

变电流间歇充电法为一种限压变电流间歇充电方法。

充电前期的各段采用变电流间歇充电，使蓄电池获得绝大部分充电量。

充电后期采用定电压充电段，获得过充电量。

通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加川页利地进行并使蓄电池可以吸收更多的电量。

3.变电压间歇充电法

与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段采用的不是间歇恒流，而是间歇恒压。

在每个恒电压充电阶段，充电电流自然按照指数规律下降，具有符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。

4.变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法

脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。

参数设置

浮充电压参数的设置对蓄电池的寿命具有相当重要的影响，浮充电压产生的电流量应达到补偿自放电及日常负载用电和维持氧循环的需要。

不合理的浮充电压主要在两个方面影响电池，即正极板栅腐蚀速率和电池内气体的排放。

当电池的浮充电压超过一定值时，板栅腐蚀现象会进一步加剧，电池内的氧气和氢气产生较高气压，通过排气阀排放，从而造成电池失水。

正极腐蚀则意味着蓄电池失水，进一步加剧电池劣化、寿命缩短。

若将浮充电压值超过一定幅度，增大的浮充电流会产生更多的盈余气体，这样便使氧在负极的复合受阻，从而削弱了氧的循环机能。

均衡充电是为了防止某些蓄电池因容量、端压的不一致而进行的补充电。

一般做法是将浮充电压提高

0.05~0.07V℃，但最高不得超过2.35V。

由于在均衡充电时气体的产生量比浮充充电时多几十倍，所以充电时间不能太长，以避免盈余气体影响氧的再复合效率，使失水量增加，进而使板栅腐蚀速度增快，损坏电池。

对于新电池或状态较好的电池，一般均衡充电时电压应相对较低，而对于使用时间较长或者性能较差的电池，均充电压可适当升高。

现在一般12V的灯具系统控制器，过放点电压值设置在10.8V（蓄电池在0.1C的电流下放电到80%DOD0寸的终止电压），但实际灯具系统中，放电电流一般在0.01C~0.02C左右，有的甚至更小，在这种放电情况下，当放电达到终止电压10.8VB寸，蓄电池已经100%放电了，这将严重影响蓄电池寿命。

国内外大量的研究结果表明，充放电方式决定了蓄电池使用的寿命，有一些蓄电池与其说是使用坏的，不如说是充电方式不妥而损坏的。

负载工作时间问题

太阳能灯具从经济性和可*性角度综合考虑，一般以全年平均日照时数设计计算灯具配置，而实际工作时，往往都是由控制器时控功能设定一个工作时数，如6小时、8小时、10小时等，这样就造成了一年里每天工作时间都一样，即每天耗电量一样，但太阳能灯具是*太阳工作的，而太阳辐射量随不同的季节是有很大差异的，即每个灯具（太阳电池组件一定）各个季节的平均日发电量是大不相同的。

以山东德州为例，月均峰值日照时数情况如图1。

例如负载为10W，平均每天工作8小时，需电池组件约为40Wp，则一年中各月发电量与负载耗电量的关系如图2。

德州地区全年平均峰值日照时数约为4.44h，春季：

4.43h、夏季：

6.17h、秋季：

4.47h、冬季：

2.65h。

因平均每天发电量是和平均峰值日照实数成正比的，所以可得春季和秋季发电量和耗电量基本达到一个平衡，夏季电量富裕（6.17～4.44）4.44约为39%；

冬季电量缺少（4.44～2.65）0.44约为40.3%。

这样夏季造成了一定的浪费，而冬季却严重不足，很容易造成蓄电池过放电，影响蓄电池寿命。

鉴于此现状，一个理想的做法就是把夏天多余的电量给冬天用，那样好是好，但需要一个大的储能系统，出于自放电、系统匹配、成本等因素是极其不经济和不实用的。

所以控制负载时间不失为一种解决办法，根据德州峰值日照时数可得：

夏季平均峰值日照时数比全年平均峰值日照时数比冬季平均峰值日照时数=6.17：

4.44：

2.65=7：

5：

3，则按全年峰值日照时数设计每天工作10小时的太阳能灯具根据7：

3这个比值可得出夏季最多允许工作14小时，冬季最多允许工作6小时（注意：

未考虑季节不同温度等的影响）。

鉴于此，为了使蓄电池在冬季不至于过放电，可调整负载工作时间为小于或等于6小时。

系统匹配问题

现在做太阳能灯具的厂家往往过多的追求造型设计，而把最重要的系统匹配研究忽略了，不经过深入考虑，简单计算了事，最后导致灯具出现大量问题；

还有些厂家为了营造自己产品的价格优势，不惜牺牲系统稳定性，这些作法都是不可取的。

匹配设计是关系到系统可*性和稳定性的重要因素，要引起重视，主要应考虑以下几个方面：

（1）太阳电池发电量和负载耗电量配比合理。

（2）耗电量和蓄电池容量配比应满足持续阴雨天数要求且放电深度合理。

（3）太阳电池充电电流和蓄电池容量配比合理。

（4）负载放电电流与蓄电池容量配比合理。

防雨问题

主要现象为充放电控制器受淋、受潮，造成电路板短路，烧坏控制器件（三极管），严重的造成电路板被腐蚀变质，不可再修复。

进水途径主要有两个方面：

一是从灯杆顶端的预留孔顺太阳电池组件和光源引线进入灯杆内；

二是从灯杆仓门缝隙处浸入；

再加上仓内温度较高，致使仓内湿度很大，导致控制器损坏。

因此，做好防雨，避免控制器受潮、损坏，同样不可忽视。

蓄电池散热问题

现在灯具上大部分采用12V阀控免维护铅酸蓄电池，它采用的是紧装配结构，散热性能较差，它又属于贫液电池，充电时电解液温度过高，会加快蒸发造成电池失水，也会使极板因过热膨胀损坏和外壳变形，更重要的是由于热量积累使电池热失控。

蓄电池是灯具系统中的重要部件，一般占总成本的10%~20%，其性能直接影响着系统的可*性和寿命。

太阳能灯具一般安装在室外，环境温度超过25℃，温度每升高10℃，寿命将减少一半。

所以，保持适宜的温度对蓄电池寿命是非常重要的。

蓄电池耐候性考验

一般灯具设计寿命在15年左右，而蓄电池在其中是一个薄弱环节。

12V阀控免维护铅酸蓄电池，其设计寿命一般为五六年，但实际应用中，一般两三年就需要更换，有的甚至不到一年寿命就终结了。

对于一设计寿命为15年的庭院灯，蓄电池为12V36Ah，按0.6元VAh，若寿命为两年，每次更换费用按200元算，则在寿命期内至少需更换6次蓄电池，仅蓄电池一项就要追加成本2755.2元。

若蓄电池寿命能达到5年，则在寿命期内需更换3次，追加成本则为1377.6元，仅蓄电池一项就可节省1377.6元。

colo（u）rtemperature

表示光源光谱质量最通用的指标。

色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。

低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；

色温提高后，能量分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。

一些常用光源的色温为：

标准烛光为1930K（开尔文温度单位）；

钨丝灯为2760-2900K；

荧光灯为3000K；

闪光灯为3800K；

中午阳光为5400K；

电子闪光灯为6000K；

蓝天为12000-18000K。

在讨论彩色摄影用光问题时，摄影家经常提到“色温”的概念。

色温究竟是指什么?

我们知道，通常人眼所见到的光线，是由7种色光的光谱所组成。

但其中有些光线偏蓝，有些则偏红，色温就是专门用来量度和计算光线的颜色成分的方法，是19世纪末由英国物理学家洛德•开尔文所创立的，他制定出了一整套色温计算法，而其具体确定的标准是基于以一黑体辐射器所发出来的波长。

开尔文认为，假定某一纯黑物体，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它产生辐射最大强度的波长随温度变化而变化。

例如，当黑体受到的热力相当于500—550摄氏度时，就会变成暗红色（某红色波长的辐射强度最大），达到1050一1150摄氏度时，就变成黄色……因而，光源的颜色成分是与该黑体所受的温度相对应的。

色温通常用开尔文温度（K）来表示，而不是用摄氏温度单位。

打铁过程中，黑色的铁在炉温中逐渐变成红色，这便是黑体理论的最好例子。

通常我们所用灯泡内的钨丝就相当于这个黑体。

色温计算法就是根据以上原理，用K来对应表示物体在特定温度辐射时最大波长的颜色。

根据这一原理，任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”。

颜色实际上是一种心理物理上的作用，所有颜色印象的产生，是由于时断时续的光谱在眼睛上的反应，所以色温只是用来表示颜色的视觉印象。

色温在摄影中的应用：

彩色胶片的设计，一般是根据能够真实地记录出某一特定色温的光源照明来进行的，分为5500K日光型、3400K强灯光型和3200K钨丝灯型多种。

因而，摄影家必须懂得采用与光源色温相同的彩色胶卷，才会得到准确的颜色再现。

如果光源的色温与胶卷的色温互相不平衡，就要靠滤光镜来提升或降低光源的色温，使与胶卷的色温相匹配，才会有准确的色彩再现。

通常，两种类型的滤光镜用于平衡色温。

一种是带红色的81系列滤光镜，另一种是带微蓝色的82系列滤光镜。

前者在光线太蓝时（也就是在色温太高时）使用：

而后者是用来对付红光，以提高色温的。

82系列滤光镜使用的机会不如81系列的多。

事实上，很多摄影家的经验是，尽量增加色温，而不是降低色温。

用一枚淡黄滤光镜拍摄最平常的日落现象，会产生极其壮观的效果。

美国一位摄影家的经验是，用微红滤光镜可在色温高达8000K时降低色温，而用蓝滤光镜可使日光型胶卷适用于低达4400K的色温条件。

平时，靠使用这些滤光镜几乎可以在白天的任何时候进行拍摄，并取得自然的色调。

但是，在例外的情况下，当色温超出这一范围之外时，就需要用色彩转换滤光镜，如琥珀色的85B滤光镜，可使高达19000K的色温适合于日光型胶卷。

相反，使用灯光型胶卷配以82系列的滤光镜，可使色温下降到2800K。

倘若需要用日光型胶片在用钨丝灯照明的条件下拍摄时，还可以用80滤光镜。

如果当时不用TTL曝光表测光的话，须增加2级光圈，以弥补光线的损失。

而当用灯光型胶片在日光条件下拍摄时，就需用85B滤光镜，需要增加2／3级光圈。

然而，目前市场上通用的滤光镜代号十分混乱，不易识别，并不是所有的制造厂商都用标准的代号和设计。

因此，在众多的滤光镜中，选出一个合适的滤光镜是不容易的。

为了把滤光镜分类的混乱状况系统化，使选择滤光镜的工作简化，加拿大摄影家施瓦茨介绍了国际上流行的标定光源色温的新方法。

光谱中长短波长光线比例为色温。

如何选择合适的色温:

色温是人眼对发光体或白色反光体的感觉，这是物理学.身理学与心理学的综合复杂因素的一种感觉，也是因人而异的。

色温在电视（发光体）或摄影（反光体）上是可以用人为的方式来改变的，例如在摄影上我们用3200K的白炽热灯（3200K），但我们在镜头上加上红色滤光镜滤通过一点红光线使照片看起来色温低一点；

相同的道理，我们也可以在电视上减少一点红色（但减太多多少也会影响到正常红色的表现）让画面看起来色温高一点。

在色温上的喜好是因人而定的，这跟我们日常看到景物景色有关，例如在接近赤道的人，日常看到的平均色温是在11000K（8000K（黄昏）～17000K（中午）），所以比较喜欢高色温（看起来比较真实），相反的，在纬度较高的地区（平均色温约6000K）的人就比较喜欢低色温的（5600K或6500K），也就是说如果您用一台高色温的电视去表现北极的风景，看起来就感觉偏青；

相反的若您用低色温的电视去看亚热带的风情，您会感觉有点偏红，

电视或者显示屏的色温是如何界定的呢?

因为在中国的景色一年四季平均色温约在8000K～9500K之间，所以电视台在节目的制作都以观众的色温为9300K去摄影的。

但是欧美因为平时的色温和我们有差异，以一年四季的平均色温约6000K为制作的参考的，所以我们再看那些外来的片子时，就会发现5600K～6500K最适合观看。

当然这种差异使我们也会因此觉得猛的看到欧美的电脑或者电视的屏幕时感觉色温偏红，偏暖，有些不大适应。

就是色温黑眼睛的人看9300K是白色的但是蓝眼睛的人看了就是偏蓝6500K蓝眼睛的人看了是白色咱们中国人看了就是偏黄

LED太阳能灯具使用注意事项

本文就太阳能电池的外特性、蓄电池充放电控制、太阳能照明灯具经常使LED与三基色高效节能灯进行比较，分析各自优点与缺点以及使用场合。

同时针对目前市场上太阳能灯电路设计中存在的问题提出改进方法。

由于太阳能灯其有独特的优点，近年来得到迅速的发展。

草坪灯功率小，主要以装饰为目的，对可移动性要求高，另外，电路铺设困难，防水要求高，上述要求使得由太阳能电池能供电的草坪灯显示出许多前所未有的优势。

尤其是国外市场对太阳能草坪灯比其它产品需求十分巨大。

2002年，仅广东和深圳用于制造出口太阳能草坪灯消耗的太阳能电池就达到2MW，相当于当年国内太阳能电池产量的1/3，今年仍然保持强劲的发展势头，这是人们没有预料到的。

太阳能庭院灯在公园，生活小区以及非主要交通道路上得到广泛应用。

同时，由于发展太快，有些产品技术上不够成熟，在光源的选择以及电路设计中存在许多缺陷，降低了产品的经济性和可靠性，浪费了许多资源。

本文针对上述存在的问题，提出自己的看法，供生产太阳能灯具的工厂参考。

1）LED的特性接近稳二极管，工作电压变化0.1V，工作电流可能变化20mA左右。

为了安全，普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯，并且LED亮度随工作电压变化。

采用升压电路是一个好办法，也可以用简单的恒流电路，总之一定要自动限流，否则将损坏LED。

2）一般LED的峰值电流50~100mA，反向电压6V左右，注意不要超过这个极限，尤其在太阳能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时，很可能超过这个极限，损坏LED。

3）LED温度特性不好，温度上升5℃，光通量下降3%，夏季使用要注意。

4）工作电压离散性大，同一型号，同一批次的LED工作电压都有一定差别，不宜并联使用。

一定要并联使用，应该考虑均流。

5）超高亮白光LED色温为6400k~30000k。

目前，低色温的超高亮白光LED尚没有进入市场，因此用超高亮白光LED制造的太阳能草坪灯光穿透能力比较差，所以在光学设计上要注意。

6）静电对超高亮白光LED影响很大，在安装时要有防静电设施，工人要佩带防静电手腕。

受静电伤害的超高亮白光LED当时可能凭眼睛看不出来，但是使用寿命将变短。

CIE:

是国际照明委员会的简称

相关色温CorrelatedColorTemperature）：

光源发射的光与黑体在某一温度下辐射的光颜色最接近，则黑体的温度就称为该光源发射的光的相关色温，单位为K。

辐射强度（RadiantIntensity）：

在给定方向上包含该方向的立体角元内辐射源所发出的辐射通量dφ除以该立体角元dΩ，单位为W/Sr。

辐射亮度（Radiance）：

辐射源面上一点在给定方向上包含该点的面元dA的辐射强度dI除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积，单位为/Sr?

m2。

辐射照度（Irradiance）：

在辐射接收面上一点的辐射照度E等于投射在包括该点的一个面元上的辐射通量dφ除以该面元的面积dA，单位为W/m2。

发光强度（LuminousIntensity）：

光源在给定方向上包含该方向，的立体角元内所发出的光通量dφ除以该立体角元dΩ，单位为cd。

俗称

坎德拉（cd）：

发光强度单位。

坎德拉是发出频率为540×

1012Hz辐射的光源在给定方向的发光强度；

该光源在此方向的辐射强度为1/683W/Sr。

光通量（LuminousFlux）：

能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小，单位为lm。

照度（Iluminance）：

表面上一点的光照度是入射在包含该点的面元上的光通量dφ除以该面元面积dA。

照度的公制单位是lx（lm/m2），英制单位为fc（lm/ft2）。

1lx=0.0929fc

1fc=10.76lx

出光度（LuminousExultance）：

单位面积上发出的光通量，单位是lm/m2。

亮度（Luminance）：

在给定方向上，每单位面积上的发光强度。

亮度的公制单位是cd/m2（也称Nit），英制单位是fL（1/π×

cd/ft2）。

1cd/m2=0.2919fL

1fL=3.426cd/m2

CIE标准光度观察者（CIEStandardPhotometricObse-rver）：

相对光谱响应曲线符合明视觉V（λ）函数或者暗视觉V"

（λ）函数的理想观察者。

朗伯发射面（LambertianSurface）：

在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度乘以方向角的余弦，这样的发光面称为朗伯发射面或朗伯体，有时也叫均匀漫射面或均匀漫射体，还常被称做余弦漫射体。

朗伯发射面的出光度与亮度的关系为M=πL。

说明：

发光强度，是衡量显示屏亮度的重要指标，单位是坎德拉（cd）。

光通量，是投影系统的主要指标之一，单位是（我们所说的流明）lm。

任何产品在使用过程中都可能受到某些客观因素的局限，太阳能灯也不例外。

它是利用太阳能发电来工作的，如果当地出现连续7~15天的阴雨天气，或某一地段在使用太阳能灯具时受到遮挡而不能正常采光，那么就会降低它的照明时间和照度从而影响灯具的正常工作。

针对这一系列特定因素，我们对产品的配置作出了以下解决方案：

按连续7~15天的阴雨天（或不能正常采光）来设计选用太阳能灯具的配置，适当增加电池板的容量，以达到灯具连续7~15天的阴雨天正常照明的目的；

采用先进的数码可编程控制系统，根据当地实际日照和光照时间对灯具照明时间进行控制，以避免不必要的浪费，以达到灯具连续7~15天的阴雨天（或不能正常采光）在规定的时间内进行正常照明的目的；

在特殊地段（如值班室、大门、停车场、小区交通要道、极其不容易采光的地段）的太阳能灯具，我们采用小型光伏电源和市电并网的方式解决，以达到灯具连续7~15天的阴雨天（或不能正常采光）正常照明的万无一失。

阳能灯具选址要求

1.根据路向和灯具光源位置，选择灯具光源朝向，满足路面最大照射面积

2.太阳能路灯必须安装在光照充足、无遮挡的地方。

太阳能电池组件朝向正南，保证电池组件迎光面上全天没有任何遮挡物阴影

;

3.当无法满足全天无遮挡时，要保证9:

30~15:

30间无遮挡。

<

4.太阳能灯具要尽