孔軼

摘? ?要：在提倡可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的今天，對各類可再生資源的有效利用已經(jīng)被納入了政府高層的決策之中。太陽能作為一種取之不盡用之不竭的可再生能源，尤其受到青睞。而太陽能LED路燈的投入使用不僅為政府節(jié)約了大筆的電費，同時管理起來也相對容易。太陽能LED路燈是一種依靠光源控制技術(shù)以及可再生能源傳輸系統(tǒng)的光源系統(tǒng)。為了有效提高系統(tǒng)性能，需要對電池組件的傾角、蓄電池的容量以及當(dāng)?shù)氐臍夂虻冗@幾個因素進(jìn)行優(yōu)化，一方面保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，另一方面延長太陽能LED路燈的使用壽命，節(jié)約政府資金投入。

關(guān)鍵詞：太陽能LED路燈? 太陽電池? 照明系統(tǒng)? 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TK512? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0075-02

1? 合理選擇太陽能LED路燈的光源

太陽能LED路燈和普通路燈不同，不需要人工架設(shè)電線以及光纜等設(shè)施，只需要在光源上安裝太陽能電池板作為能源即可。但是結(jié)合當(dāng)前全國各地的太陽能LED路燈照明系統(tǒng)來說，都采用了白熾燈光源。本身太陽能LED路燈的前期成本投入就很高，又加上白熾燈光源的功率不穩(wěn)定，能耗較大且容易破損，在某種程度上增加的政府的控制成本?；诖?，有必要對太陽能LED路燈的光源進(jìn)行合理選擇。

例如政府部門在安裝太陽能LED路燈時可以選用LED作為光源。LED作為一種新型的半導(dǎo)體發(fā)光元器件，具有功率穩(wěn)定、能耗低，使用壽命長的特點，除此之外，LED發(fā)出的光較為柔和，不刺眼，非常適合在城市街道、公園、學(xué)校等地區(qū)投放。根據(jù)一項數(shù)據(jù)研究表明，LED光源和普通白熾燈光源相比具有很好的光效，是其2倍之多，且可達(dá)到10萬h以上的超長使用壽命。

2? 做好電路控制設(shè)計

一般來說，太陽能LED路燈系統(tǒng)使用的電路系統(tǒng)的電壓都比較低，根據(jù)電器電壓標(biāo)準(zhǔn)可知，類似于公用設(shè)施的電器設(shè)備其電壓都處于220V～330V之間，且自耗電流低于工作電流的1%。基于此，在安裝公用光源設(shè)施時一定要對其電路進(jìn)行合理控制，太陽能LED路燈系統(tǒng)也不例外。綜合來講，太陽能LED路燈的控制電路主要由集成運放組合而成，該控制系統(tǒng)下的電氣設(shè)備無一例外都是由硬件組成的，且由于花費少、可控性強、便于維護(hù)和日常管理等優(yōu)點受到不少電器生產(chǎn)廠商的青睞?；诖?，為了有效提高路燈的功率，需要對其電路控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

例如在進(jìn)行太陽能LED路燈的控制電路設(shè)計時一定要對其蓄電池元祖件的蓄電能力進(jìn)行檢驗，確保其擁有良好充放電特點的同時還要擁有非常好的電壓回差。在進(jìn)行設(shè)計時要采用一些質(zhì)量良好的元器件如發(fā)光二極管共同構(gòu)成指示電路。從而將太陽能LED路燈因充放電時間過長產(chǎn)生的不利影響降到最低。除此之外，還要針對蓄電池和光源的特點及時調(diào)整自耗電流，進(jìn)而調(diào)整其功率，確保太陽能LED路燈照明系統(tǒng)可以在陰天或者梅雨季節(jié)內(nèi)正常使用。而這一點是沒有進(jìn)行電路控制設(shè)計的照明系統(tǒng)無法做到的，在太陽輻射較低的季節(jié)中，這類照明系統(tǒng)的蓄電池的充電效果會顯著下降，進(jìn)而導(dǎo)致電壓增加，能耗上升，無法正常保持太陽能LED路燈系統(tǒng)的正常使用，而且長時間的高負(fù)荷運轉(zhuǎn)還會減少其壽命。

3? 合理調(diào)整太陽能電池板的傾角

通常情況下，太陽能LED路燈照明系統(tǒng)的工作方式有兩種：（1）定時運行;（2）根據(jù)光效運行。就第一種運行方式而言，該方式下的太陽能LED路燈系統(tǒng)受外界干擾較小，只需要在控制器上定好開關(guān)時間即可。但是受到天氣以及季節(jié)等因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)天沒亮路燈就滅了這樣的現(xiàn)象，對市民的正常出行和生活帶來一定的困擾;就第二種工作方式來說，根據(jù)光效運行的太陽能LED路燈系統(tǒng)可以敏感感應(yīng)到周圍光線明暗的變化，當(dāng)周圍的亮度不足200勒克斯時，就會自動切換到開燈模式，當(dāng)光效增加時就會自動關(guān)閉?；诖耍诙N運行方式是當(dāng)前非常受到青睞的一種方式。但是光控工作系統(tǒng)也存在一定的缺陷，當(dāng)太陽能電池板的傾角角度不合理時，也會出現(xiàn)天沒亮燈滅了這種問題。由此可見。太陽能電池板的傾角角度是提高太陽能LED路燈利用效率的一個重要因素。

例如為了有效調(diào)整太陽能LED路燈光控方式的運行時間，需要結(jié)合路燈安裝地區(qū)的日出日落時間進(jìn)行計算，并得出一個最佳傾角。首先需要結(jié)合該地區(qū)維度給出日出和日落時期對角公式，公式如下：，其中表示該地區(qū)所處的緯度，而δ表示太陽赤緯。假設(shè)此時為正午時分，此時的赤緯角是太陽光線直射方向與赤道的平面夾角。計算過程如下：

其中：

β代表太陽能電池板的斜面傾角，ρ代表地面物體的太陽輻射反射率θi代表太陽入射角，結(jié)合常識可知，一般日出日落前后0.5h內(nèi)天光尚亮，此時的暗度沒有達(dá)到200勒克斯以下，所以得出公式：。將安裝路燈地區(qū)的緯度和赤緯代入公式中就可得出光控時間的變化，結(jié)合一年中冬至、夏至、春分以及秋分的太陽直射時間變化，得出冬至?xí)r分低緯度地區(qū)的太陽能LED路燈工作時間較長，且工作時長由低緯度地區(qū)向高緯度地區(qū)逐漸遞減;在夏至?xí)r期低緯度地區(qū)的太陽能LED路燈工作時間較短，且由低緯度向高緯度地區(qū)逐漸遞增。但是綜合來說，低緯度地區(qū)的時間變化差異不大，緯度越低，差異越小。由此可見，要對太陽能LED路燈的電池板傾角進(jìn)行合理控制，通過調(diào)節(jié)其角度合理控制路燈運行時間，在提高工作效率的同時節(jié)約能耗。最后，經(jīng)過分析和計算得出太陽能LED路燈工作時間最長和最短的一天分別是每年的冬至日和夏至日，在這一天太陽直射北（南）回歸線，導(dǎo)致白晝最短（長），黑夜最長（短）。而且太陽能LED路燈四季的工作時間都各不相同，由此導(dǎo)致其存在負(fù)載不均衡的情況?；诖耍苏{(diào)整其傾角之外一定要對太陽能LED路燈的開關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并且要在安裝時選用一些質(zhì)量良好的控制器，考慮到成本，本人建議選用帶有光感控制器的太陽的LED路燈作為城市照明設(shè)備。

4? 合理設(shè)計太陽能的蓄電池容量

在對太陽能LED路燈照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時還要考慮到其太陽能蓄電池的容量。由于每個地區(qū)的氣候條件和光照時間都各不相同，所以為了確保太陽能LED路燈可以在陰雨天正常使用，必須要對蓄電池容量進(jìn)行合理優(yōu)化。同時，為了降低太陽能前期投入成本，需要在確保光效的基礎(chǔ)上用最少的太陽能電池組件來達(dá)到完美的負(fù)載需求。通常，我國對負(fù)載缺電率的衡量單位為 LOLP，LOLP 的數(shù)值處于0～1之間，且數(shù)值越低說明其負(fù)載缺電率越好，照明系統(tǒng)的可靠性越強。除此之外，根據(jù)我國城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，太陽能LED路燈除了損壞外不可以停電，換而言之，即要求LOLP 數(shù)值為0，但是結(jié)合我國實際的供電情況來說，幾乎不能達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，必須要對太陽能的蓄電池容量進(jìn)行設(shè)計。

例如可以結(jié)合照明系統(tǒng)安裝地區(qū)一年內(nèi)的天氣情況對蓄電池容量作出優(yōu)化設(shè)計，一般情況下，太陽能LED路燈照明系統(tǒng)的LOLP 推薦值為 0.1，處于該數(shù)值下的路燈照明系統(tǒng)即便在連續(xù)一周的陰雨天中也可以維持正常的供電。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，對路燈系統(tǒng)的配置如下：（1）采用8支額定功率為1W的白光LED;（2）兩塊的太陽電池組件;（3）電壓為12V，電流為40AH的鉛酸蓄電池。

5? 根據(jù)路燈照明系統(tǒng)安裝地區(qū)的氣候條件進(jìn)行優(yōu)化

我國地勢西高東低，國內(nèi)以秦嶺-淮河為分界線形成不同的季風(fēng)區(qū)，秦嶺以北為廣義上的北方，屬于大陸性季風(fēng)氣候;淮河以南為南方，氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候。綜合來說，我國光照輻射量最高的地區(qū)多以北方為主，北方降水少，蒸發(fā)量大，且光照時間充足，所以非常適合安裝太陽能LED路燈照明系統(tǒng)。就一份統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國北方大部分地區(qū)的夏季蒙古高壓控制，天氣干燥、晴朗，日照時間長，新疆某些地區(qū)的光照時長可達(dá)到15h，且冬季也不例外，以晴天居多，很少有雨雪天氣。

以北方地區(qū)為例，每年的11月～2月份，屬于冬季，這一季節(jié)內(nèi)雖然太陽輻射量較大，且赤緯的角度較大，不同緯度地區(qū)的光照時長各異，且緯度越高白晝越短，由此可推測出北方冬季雖然太陽輻射強烈，但是光照時間較長。所以要及時對路燈照明系統(tǒng)的開關(guān)時間進(jìn)行合理規(guī)劃。6～8月為夏季，雖然近些年氣候異常，但是綜合來說北方地區(qū)的夏季還是以晴朗高溫為主，且在夏至這一天時光照時間最長，由此可以推出北方夏季不僅太陽輻射高，且光照時間較長，基于此，需要盡可能地縮短路燈開放時間。結(jié)合一份數(shù)據(jù)可知，冬季路燈開關(guān)時間要比夏季延長2.5～3h左右。除此之外，需要根據(jù)季節(jié)變化隨時調(diào)整太陽能電池板的傾角，在冬季時的傾角要盡量調(diào)整的高一些，傾角調(diào)整范圍控制在30°～45°之間;在夏季時可以適當(dāng)?shù)臏p小傾角，將其調(diào)整到15°～20°之間，在春秋兩季由于太陽直射點的位移，所以變化幅度不大，無需進(jìn)行大規(guī)模角度調(diào)整。而且需要盡可能地和黃赤交角平行，從而最大限度的實現(xiàn)太陽光直射太陽能電池板，進(jìn)而提高太陽能LED路燈功率。此外，結(jié)合對太陽能LED路燈不同季節(jié)耗電量的對比可知，由于冬季的日照時間較短，導(dǎo)致太陽能LED路燈的負(fù)載量不斷攀升，這和太陽能電池板的傾角并沒有多大關(guān)系，完全是由冬季的日照時間決定的。鑒于原因，需要在冬季按時對太陽能LED路燈系統(tǒng)進(jìn)行檢修，必要時可以對其蓄電池進(jìn)行人工充電，確保其能夠進(jìn)行正常充放電，進(jìn)而延長使用壽命。

6? 結(jié)語

綜上所述，太陽路燈系統(tǒng)屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一種，但是由于當(dāng)前很多太陽能光源產(chǎn)品未能達(dá)到光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致很多太陽能光源系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行?；诖耍疚尼槍μ柲躄ED路燈的特點，從太陽能電池板傾角、日照時間、蓄電池容量等角度出發(fā)對其系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。一方面為政府節(jié)約太陽能LED路燈投入成本，另一方面保障太陽能LED路燈照明系統(tǒng)可以正常運行。最后，經(jīng)過大量的實驗和數(shù)據(jù)分析得出只要通過加強對太陽能LED路燈的正常養(yǎng)護(hù)維修且在冬季對其進(jìn)行人工充放電，即可保障路燈的正常運行。

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