杜國紅 葉飛 沈柳青

摘 ? 要：本文以太陽能路燈照明系統(tǒng)為研究對象，首先分析了太陽能電池的工作原理，建立了太陽能光伏電池的模型;然后給出了光伏陣列輸入輸出特性方程，建立了Matlab模型，給出了溫度、光照參數(shù)變化情況下輸入輸出的非線性特性;最后以LED為負載，進行太陽能路燈照明系統(tǒng)的選型設(shè)計和實際系統(tǒng)運行分析，通過測得的參數(shù)表明，實際系統(tǒng)符合設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：光伏技術(shù) ?照明系統(tǒng) ?Matlab

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0075-02

隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣黾?，光伏發(fā)電作為一種具有廣闊前景的綠色能源技術(shù)已逐步滲透到人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的方方面面。伴隨著“節(jié)能減排”的號召，在中國政府的大力扶持和倡導(dǎo)下，光伏產(chǎn)品受到越來越多的關(guān)注，市場上也出現(xiàn)了很多諸如太陽能路燈等的太陽能產(chǎn)品。本文對光伏板的特性和太陽能路燈照明系統(tǒng)選型進行了初步研究，對太陽能路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考意義。

1 ?太陽能路燈照明系統(tǒng)選型設(shè)計

獨立光伏發(fā)電照明系統(tǒng)主要由光伏板、蓄電池組、光源以及控制電路等組成。太陽能路燈的設(shè)計思路可依據(jù)一般的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽能電池組件的功率，然后計算蓄電池的容量。但太陽能路燈又具有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠。下面以杭州市的地理位置和氣候情況為例來設(shè)計太陽能LED路燈系統(tǒng)。

目前LED光效的局限性本身也存在著自身耐溫能力有限的問題，所以在選擇LED燈具時，要選擇散熱性能好的燈具，保證LED在安全溫度下工作，這樣才能真正體現(xiàn)出LED長壽命的優(yōu)勢。本文選定3W功率的白光LED，額定電壓12～24V。

1.1 蓄電池的選用

太陽能照明系統(tǒng)必須配備蓄電池才能正常工作，光伏板與蓄電池容量的組合，即是在保證路燈負載可靠性需要的前提下，確定使用最少的光伏板組件和蓄電池容量，以最優(yōu)化設(shè)計達到可靠性與經(jīng)濟性的最佳結(jié)合。杭州市處于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，年日照時數(shù)約為1765h。杭州在夏季和冬季的日照時間有很大的區(qū)別，夏季光照非常充足，但冬季夜晚的時間較長，所以為了保證太陽能路燈在冬季也能正常運行，必須以冬季的使用時數(shù)為數(shù)據(jù)來進行設(shè)計。冬季時，杭州在18點時，已經(jīng)天黑，早上6點時，天才開始亮起來，這時人們已可以憑借自然光看清事物，早起的人們也在這時開始出門活動。但在23點之后，路上是基本沒有行人的。為了降低成本，可以讓路燈晚上工作5h。考慮到陰雨天氣，本文假設(shè)要求保證連續(xù)3個陰雨天氣能正常工作，并假設(shè)兩個連續(xù)陰雨天氣之間的時間為5d。本文根據(jù)負載特性，選定12V的VRLA鉛酸蓄電池。

（1）計算負載日耗電量。

式中W為負載功率，H為日工作時間，V蓄電池標(biāo)稱電壓;

（2）蓄電池容量的確定。

上面的假設(shè)是保證3個連續(xù)陰雨天的正常工作，兩個連續(xù)陰雨天之間隔時5d。

式中d等于3，為連續(xù)陰雨天的天數(shù)，0.75為蓄電池放電深度，1.1是蓄電池安全系數(shù)。取7.2Ah，選取1個12V7.2Ah的蓄電池組成蓄電池組。

1.2 光伏板的選用

光伏板的選用，最重要的就是它的容量，也就是光伏板的功率。它產(chǎn)生的能量必須足夠負載安全、穩(wěn)定的運行。因為光伏板的輸出是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測得的，但在實際使用時，光照條件以及環(huán)境條件是不可能與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)完全相同的，所以在計算時要有一定的余量。查表得杭州日照峰值時數(shù)和太陽能陣列最佳傾角的角度數(shù)值，有了這些數(shù)據(jù)就可以確定光伏陣列的功率了。分析如下：

（1）計算滿足負載日用電的光伏電池組件的充電電流。

式中1.05為太陽能充電綜合損失系數(shù)，h等于3.44，為日照峰值時間，0.85為蓄電池充電效率，0.9為控制器效率;

（2）連續(xù)陰雨天后恢復(fù)蓄電池容量的光伏板組件的充電電流，。

式中C為蓄電池組容量，h為日照峰值時間，D為陰雨天間隔時間;

（3）光伏板組件功率確定。

式中12為光伏板組件工作電壓。因此選取1塊峰值功率為10Wp的光伏板組件。

2 ?太陽能LED路燈實際運行分析

表1是在不同溫度，不同日輻照度的情況下光伏陣列輸出的實測數(shù)據(jù)。

從表1的數(shù)據(jù)中可以看出，光伏陣列的實際輸出與理論曲線基本一致。實測數(shù)據(jù)顯示，LED燈工作電壓12V，工作電流0.26A左右，功率略大于3W。光伏陣列工作電壓在12V左右，輸出電流隨光照變化會有非常明顯的變化，在陽光充足的情況下，可達0.45A左右。充電電流完全能夠滿足負載的用電要求。移除光伏陣列，測試蓄電池容量，結(jié)果顯示7.2Ah的鉛酸蓄電池能夠滿足連續(xù)3d點燈5h的要求。

3 ?結(jié)語

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今能源的一個重要補充，更具備成為未來主能源的潛力。本文對光伏板的特性和太陽能路燈照明系統(tǒng)選型進行了初步的研究，對太陽能路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考意義。

參考文獻

[1] 楊碩.智能建筑太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的研究[D].長安大學(xué)，2009.

[2] 申蕾.太陽能照明線路及逆變上網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].華北電力大學(xué)（河北），2009.

[3] 馬杰.太陽能路燈微機監(jiān)控技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].華北電力大學(xué)（河北），2009.