摘要：利用太阳能进行路灯照明，节能、经济且环保，无需由传统的公共电力系统获取电能，节省了变配电设备、缆线与开关等的投资，基本没有运行费用。由太阳能转化为电能，降低了能源压力，避免了煤、油与核等发电导致的大气和环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。
关键词：太阳能路灯；结构组成；优势；节能城市；应用
引言
随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能——本世纪人类的主要能源之一，太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。
一、太阳能路灯的概述
由于对白光LED的巨大投资和过分的宣传，至使这一领域的部分人员对白光LED寄以过高期望，急于将白光LED推向常规功能照明，很多这一领域的人员并将之直接推广到道路照明方面，数年来全国完成的LED道路照明和LED光伏道路照明样板工程不下数十处已经取得了足够多的经验和教训总结。显示采用LED作光源的道路照明工程试验应当暂时放缓，待条件成熟后再重新启动。对于我国以及发达国家的道路照明的主要光源仍然是高压钠灯、少数用金属卤化物灯，前者光效为100～120lm/W，但显色指数仅为20或更低，后者的光效80～100lm/W，显色指数80左右，考虑到电器配件的能耗，采用此类光源实际的系统光效在75lm/W～90lm/W之间。由于道路照明所用灯具的光反射率不高，通常均在60%以下。采用此类灯具时有约40%光直射地面，其余60%的光则需经灯具反射后射向地面。粗略估算去除各种损耗后常规道路照明的总光利用率不超过76%，由此得出最终的光效约为60lm/W～70lm/W。此外由于灯具设计的不合理以及高压钠灯特殊的细长柱状发光体而造成光分布不均匀，为使道路中线和二灯之间的暗区达到照明标准，设计时都会大高出设计标准，并采用更大功率、更高光通量的光源以满足暗区的照度要求，从而更造成了电能的浪费。
二、太阳能路灯结构组成
太阳能路灯主要是由太阳能电池板组件、太阳能蓄电池组、路灯控制器、光源以及灯房灯杆等构成。当输出电源为交流220V或110V，还要配置逆变器。
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等3种。在太阳光充足的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格较低。在阴雨天比较多、阳光相对不足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。而非晶硅太阳能电池一般应用在室外阳光不足的条件下，原因是非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。蓄电池适用于独立光伏系统，包括铅酸、镍镉、镍氢、充电式碱性、锂离子、锂高分子和氧化还原蓄电池。但被应用于太阳能路灯的蓄电池则主要有铅酸蓄电池、镍镉蓄电池以及大型电容器。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系：太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20%～30%，才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。大型电容器是一种新型的储能元件，这种元件能够拥有数千法的电容量，性能好，充电时间短。由于超级电容对环境污染少，内阻低，可长期循环使用。所以是目前国内外最被看好的蓄电设备。
光源控制器有多种，包括声控、光控、定时控制等。太阳能路灯的控制形式主要有光控开——光控关、光控开——时控关、时控开——时控关。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。此外，可以考虑使太阳能电池板对太阳光进行追踪，根据季节、地理位置、1d中太阳强度的变化等来整合控制器，提高太阳能电池板的接收效率。
目前，市场上的主要光源有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、紧凑型荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯、霓虹灯、LED灯、无极灯等。
灯房的设计除了要考虑此灯房的大小是否能放下相关的器件外还要考虑灯房是否够结实；灯房是否能够及时驱散光源和各电气部件散发出来的热量；灯房是否达到密封等级，能够防止外界环境的破坏等。灯杆设计时一般考虑材料、灯杆的高度（应根据道路的宽度、灯具的间距、道路的照度标准确定）、支架中心、可调节性等因素。
三、太阳能路灯在节能城市建设中的应用
1、太阳能电池倾角设计
目前，对太阳能电池组件倾角（指太阳电池板平面与地平面夹角）探讨较多。倾斜角度按所在地理位置（纬度等）确定：将太阳能电池板正面正对太阳（或正南稍偏西），倾角与当地纬度一致即可。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如条件允许2、太阳能路灯的抗风设计
（1）太阳能电池组件抗风设计
根据最大风力进行太阳能路灯抗风设计。我国南方沿海台风偏多，太阳能路灯灯杆至少应能抗12级台风，北方多数地区应能抗10级大风。
（2）路灯灯杆的抗风设计
太阳能组件应能承受当地的风速而不至于损坏，重点是太阳能电池组件支架与灯杆的连接。
2、电能储存
太阳能电池在白天进行光电转化工作，电能在夜晚才能用于照明，因此必须储备在蓄电池内，由于太阳能电池板的输出能量极不稳定，需配备蓄电池，太阳能推广太阳能路灯以实现节能减排，路灯等负荷才能正常工作。蓄电池容量的选择首先要在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，会使蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20%~30%，才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池容量应在负载日耗量高6倍以上为宜。
3、系统控制
通过控制器实现对太阳能照明系统工作状态的自动控制，进行照明灯的光控、时控或设置开关、调光、雷电保护和电路短路保护，在温差较大的地方，还应具备温度补偿功能。为了延长蓄电池的使用寿命，对其充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电，进行过充电保护、反充电保护和过放电保护等。控制器是太阳能照明系统的“大脑”，要根据系统的参数，选择合适的控制器，让系统的各项性能指标和可靠性具有足够的技术保证，使系统的工作能够得到顺利地进行。
4、过充和过放保护
在太阳能路灯应用中，应注意对其蓄电池过充和过放进行控制。所谓过充控制，就是在蓄电池处于过充状态时要及时断开充电电路，而过放控制，就是在蓄电池处于过放状态时要及时断开放电电路，这样做都是为了保护蓄电池并延长其使用寿命。判断过充和过放的依据是蓄电池电压的高低变动：当晴天有太阳光照射时，由太阳能光电板吸收光能经继电器开关常闭点向蓄电池充电，当蓄电池的电压高于26V时，蓄电池处于过充状态，继电器开关常闭点断开、常开点闭合，充电电路自动断开，停止向蓄电池充电，实现过充保护功能；夜间由蓄电池向路灯供电，当蓄电池的电压低于22V时，蓄电池处于过放状态，继电器开关由常闭点转到常开点，放电
电路自动断开，停止向负载（路灯）供电，实现过放保护功能。
5、太阳能路灯安装
首先是电池组件的安装。太阳能电池板的输出正负极在连接到控制器前须采取措施避免短接；太阳电池组件与支架连接时要牢固可靠；组件的输出线应避免裸露，并用扎带扎牢；电池组件的朝向要朝正南，以指南针指向为准。
其次是蓄电池的安装。蓄电池置于控制箱内时须轻拿轻放，防止砸坏控制箱；蓄电池之间的连接线必须用螺栓压在蓄电池的接线柱上并使用铜垫片以增强导电性；输出线连接在蓄电池后在任何情况下禁止短接，避免损坏蓄电池；蓄电池的输出线与电线杆内的控制器相联时必须通过PVC穿线管；上述完成后，检查控制器端的接线，防止短路。正常后关好控制箱的门。
最后是灯具的安装。进行各部位组件固定：太阳板固定在太阳板支架上，灯头固定到挑臂上，然后将支架与挑臂固定到主杆，并将连接线穿引到控制箱（电池箱）。灯杆起吊之前，先检查各部位紧固件是否牢固，灯头安装是否端正，光源工作是否正常。然后在简易调试系统工作是否正常；松开控制器上太阳板连接线，光源工作。主灯杆起吊时，注意安全防范；螺丝绝对紧固好，如组件朝阳角度有所偏差，需要上去端调整其朝阳方向完全朝正南。将蓄电池放进电池箱，按照技术要求将连接线连接到控制器；先接蓄电池，再接负载，然后接太阳板；接线操作时一定要注意各路接线与控制器上标明的接线端子不能接错，正负两极性不能碰撞，不能接反；否则控制器将被损坏。调试系统工作是否正常；松开控制器上太阳板连接线，灯亮；接上太阳板连接线，灯熄；同时仔细观察控制器上各指示灯的变化；一切属于正常，方可封好控制箱。
结语
面对人类的可持续发展，能源问题越来越受到全球各个国家的重视，从现有常规能源向清洁、可再生的新能源过渡已提到议事上来了。因此，如风能，太阳能等新型可再生能更加受到了人们的关注，因为新能源是依托高新技术的发展，开辟持久可再生能源的道路，以满足人类不断增长的能源需求，并保护地球的洁净。利用太阳能发电，既不需要燃料，也没有烟尘和灰渣，不污染环境，非常清洁。特别是太阳能电池组件，使用寿命可达20年以上，性能稳定，同时维护费用较低。太阳能资源以自身的优势，在未来的能源领域里定会有广阔的发展前景。太阳能路灯也将会成为全国乃至全世界各大城市中的焦点。
参考文献
[1]郑兴.探讨绿色照明太阳能路灯[J].硅谷，2012（16）：48.
[2]胡雅伶.太阳能路灯在道路设计照明中的应用[J].有色冶金设计与研究，2013（03）：25-27.
[3]刘振国.城市路灯节能控制及监控管理探讨[J].中国科技博览，2013，12（35）：77-79.
论文作者:赵国华
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：蓄电池论文; 太阳能论文; 太阳能电池论文; 路灯论文; 电池板论文; 控制器论文; 组件论文; 《基层建设》2016年31期论文;