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太阳能路灯方案

太阳能路灯方案

发布日期:2020-06-28 00:00 来源:http://www.lzmyty.com 点击:

庭院太阳能路灯.jpg

一、太阳能路灯设计标准

(一)总设计标准

1、《民用建筑电气设计规范》JGJ16-922008版)

2、《建筑照明设计标准》GB50034-2004

3、《低压配电设计规范》GB50054-95

4、《电气工程电缆设计规范》GB50017-94

5、《工业企业照明设计标准》

6、《桂东县农村基础设施建设路灯项目》设计要求

(二)灯杆设计标准

1GB2694-88   热浸镀锌体镀锌质量

2GB10854-89  钢结构焊接外形尺寸

3GB77-88   碳素结构钢

4GB2519-88  热连轧钢板含带钢品种

5DL/T646-98  输电线路钢管杆制造技术条件

6AASHT01994  灯杆、高杆、交通信号杆 

(三)灯具设计标准

1GB13037-91  固定式通用灯具的技术条件

2GB7000.1-2000  灯具通用安全要求与实验

3GB7001-86  灯具外壳防护等级分类

4GB7003-86  灯具电镀、化学覆盖层

5GB7004-86  灯具木箱包装技术条件

6GB13037-91  固定式通用灯具的技术条件

7QB/T1553-92  灯具瓦楞纸箱包装技术条件

8QB/T2048-2061-94  电光源

9GB31241-2014  《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》

二、太阳能路灯组成原理

太阳能照明灯以太阳能为能源,白天充电、晚上照明,无需复杂昂贵的管线铺设,可任意调整灯具的布局,无安全隐患、其性价比高、节能无消耗、绿色环保、性能稳定、使用寿命长,安装简便、自动控制免维护等固有的特性适用于适用于高速公路、普通公路、乡间道路等公共场所道路照明等。外观设计采用金属、工程塑料等材料制作而成,造型新颖、美观大方、简洁明快。更多产品造型、美观大方,还可为客户定制各类造型太阳能路灯

太阳能路灯的组成

太阳能路灯由以下几个部分组成:太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及支架。太阳能发电工作原理:太阳能电池是对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅,多晶硅等。它们的发电原理基本相同,现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成PN结。当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了跃迁,成为自由电子在PN结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程,是由太阳能电池板来完成。道路太阳能路灯配备太阳能电池板外,还必须主要配备蓄电池、控制器、灯具。蓄电池用来把太阳能电池板产生的电存储起来,在需要的时候向外供电;控制器把太阳能电池板、蓄电池、负载连接起来,太阳能电池板发电时向蓄电池传送电能,负载需要供电时从蓄电池把电能按照设定的方式传送给负载,并具有防反充、过充、过放的功能;庭院灯所用负载即灯具,采用LED灯节能光源。

太阳能灯的优点及节能环保:

1. 太阳能照明灯安装简便:太阳能灯具安装时,不用铺设复杂的线路,只要做一个水泥基座,然后用螺丝固定就可。

2. 太阳能照明灯具无需电费:太阳能照明灯具是一次性投入,无任何维护成本,长期受益。太阳能照明没有安全隐患:太阳能灯具是低压产品,运行安全可靠。

3. 安装简单.免维护.

4. 节能环保,符合国家节能环保要求,响应对新能源的使用要求.

5. 提升城镇管理形象.树立节能降耗与新能源的城市旗帜.

6. 太阳能路灯是一个自动控制的工作系统,只要设定该系统的工作模式就会自动运行工作。

太阳能参数:

(1)太阳能电池组件太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分,也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池。在太阳光充足、日照好的东西部地区,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,价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区,采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。保证连续阴雨7天都能正常亮灯。以充分发挥其性能,保证系统的稳定性。 

多晶硅太阳能板

(2)蓄电池

由于太阳能电池板发电系统的输入能量极不稳定,再加上路灯的使用是在晚上,所以需要配置蓄电池系统才能工作。现在市面上大多采用铅酸蓄电池。铅酸蓄电池由于其铅酸的腐蚀性和可再生利用性均无法达到环保和节能要求,另外维护和保养复杂,也使太阳能灯具在环保节能方面大打折扣。我公司就这一问题,经过多年研究和实践经验,以及结合本项目招标文件要求,采用绿色环保、无任何有毒有害物质、生产及及使用中均无污染、使用寿命长、体积容量小且电池容量更大,并充放性能可实现大电流快速充放电的锂电池。

锂电池的介绍:锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。所以现在国内市场太阳能路灯所用的锂电池就是锂离子电池。

锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中,液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物-钴酸锂、锰酸锂,负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长,是21世纪发展的理想能源载体。

1992Sony成功开发锂离子电池。它的实用化,使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属镉,与镍镉电池相比,大大减少了对环境的污染。锂电池的污染还是有的,只是相对来说比较小。

锂电池工作原理 

放电反应:Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池:锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)

充电负极上发生的反应为6C+XLi++Xe- =LixC6

充电电池总反应:LiCoO2+6C =Li(1-x)CoO2+LixC6

正极

正极材料:可选的正极材料很多,主流产品多采用锂铁磷酸盐。

不同的正极材料对照

LiCoO2

3.7V

140mAh/g

Li2Mn2O4

4.0V

100mAh/g

LiFePO4

3.3V

100mAh/g

Li2FePO4F

3.6V

115mAh/g

 


正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。

充电时:LiFePO4 → Li1- xFePO4 + xLi+ + xe-

放电时:Li1-xFePO4+xLi++xe- → LiFePO4

负极

负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。充电时:xLi++xe-+6C → LixC6 放电时:LixC6 → xLi++xe-+6C材料与集流体附着力提高30%,经过长期循环不会有脱层现象 电池应用 随着二十世纪微电子技术的发展,小型化的设备日益增多,对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。 最早得以应用的是锂亚原电池,用于心脏起搏器中。由于锂亚电池的自放电率极低,放电电压十分平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。锂锰电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源,广泛用于计算机、计算器、手表中。锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上,特别是现在市场广泛用于道路照明太阳能路灯上,可以说是最大的应用群体。

电池特点及优点:

1.能量比较高。具有高储存能量密度,已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;

2.使用寿命长,使用寿命可达到6年以上,磷酸亚铁锂为正极的电池1C100%DOD)充放电,有可以使用10,000次的记录;

3.额定电压高;一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值),相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。具备高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力,便于高强度的启动加速;

4.自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一,一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20;重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5

5.高低温适应性强,可以在-20--60℃的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45℃环境下使用;绿色环保,无污染;锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质不论生产、使用和报废,都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。 生产基本不消耗水,对节省水之源来说,十分有利。

6.循环寿命高在正常条件下,锂离子电池的充放电周期可超过500次,磷酸亚铁锂(以下称磷铁)则可以达到2000次。

7.无记忆效应记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中,电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。

8.快速充电使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器,可以使锂离子电池在1.5--2.5个小时内就充满电;而新开发的磷铁锂电,已经可以在35分钟内充满电。过充过放锂离子电池的额定电压,因为材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂(以下称磷铁)正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压国际标准是4.2V,磷铁3.6V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V3.0V(国内电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.02.75V,磷铁为2.5V)。低于2.5V(磷铁2.0V)继续放电称为过放(国际标准为最低3.2v,磷铁2.8v),低电压的过放或自放电反应会导致锂离子活性物质分解破坏,并不一定可以还原。而锂离子电池任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏,甚至爆炸。锂离子电池在充电过程必需避免对电池产生过充。


铅酸蓄电池及锂电池的对比:


锂电池

铅酸电池

储存能量

具有高储存能量密度,已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;

储存能量密度低

使用寿命

循环寿命可达800-1000次,使用寿命较长,性价比为铅酸电池的4倍以上

循环寿命在500次以下,使用寿命较短,性价比较低

电池容量

同样大小的电池,锂电池具有更大的电池容量

电池容量较为有限

体积重量

同等规格容量下,锂电池体积是铅酸电池体积的2/3,重量是铅酸电池重量的1/6

同等规格容量下,体积重量均较大 

充放电性能

在专用充电器下,可实现大电流快速充放电

无大电流快速充放电性能 绿色环保

绿色环保

绿色环保电池,无任何有毒有害物质,生产及使用中均无污染

电池中存在大量的铅及大量的酸,废弃若处理不当,会对环境造成污染

 

3)控制器

无论太阳能灯具大小,一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。控制器不仅延长蓄电池的使用寿命,且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,控制器还具备温度补偿功能。同时我公司选用的太阳能控制器具有路灯控制功能,具有光控、时控恒流一体化功能,并具有防过充、过放、过流、过压保护,光控开、时控关,延时功能,可分时段控制,夜间时能模式设置,并具有防水功能,便于阴雨天延长路灯工作时间。

4LED光源

太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标,一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。

普通光源及LED光源的对比


普通光源

LED光源

环境污染

灯管内的汞有害于人体和环境

LED无紫外线、无红外线和热辐射、无汞化、对环境无电磁干扰、无有害射线,是真正的绿色光源

施工造价

普通光源施工系统造价高昂

系统造价低,安装简便、工作稳定可靠、抗人为破坏力强、不需要加反射器,在公共环境中使用更加安全

A、LED与传统灯的区别

1、常规灯具:高压钠灯或金卤灯正常工作的要求:灯泡+镇流器+触发器,方可正常使用;白炽灯是电能加热发光钨丝来发光;日光灯节能灯是通过高压电能撞击充满低压水银蒸气和其它气体钨阴极管来产生光;

2LED发光二级管,主要依靠载流子的不断移动而发光,光通量高、高亮度、节能。比白炽灯节能90﹪,同样亮度下,只需白炽灯1/10的电能,理论寿命长达10万小时,是白炽灯的100倍,节能灯的40倍,意味着每天工作八小时,可以有35年免维护的理论保障。由此可见,LED超节能灯是当今社会大力提倡利用的绿色能源产品。除了具有节能、亮度高、寿命长、环保、工作稳定可靠、安全响应快、单色性外,还具有体积小、亮度可控、色彩丰富、无频闪保护眼睛、免维护等优点,可广泛应用于高速公路、城市主干道、工厂、工业园区、商场、办公写字楼、小区、家庭、街道、景观亮化、旅游风景区、公园、庭院绿化带、广场、步行街、健身休闲广场等场所的照明及夜景工程。

B、LED照明系统优势

自从出现发光二极管LEDLightEmittingDiode)以来,人们一直在努力追求实现固体光源,随着发光二极管LED制造技术的不断进步和新型材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发及应用,LED半导体固体光源性能持续完善并进入实用阶段。白光LED的出现,使高亮度LED应用领域跨足至高效率照明光源市场。发光二极管是一种半导体组件,寿命长;由电转换为光的效率高,耗电量少;同时发光二极管组件是一种极小的发光源,可配合各种应用设备的小型化。白色发光二极管与一般照明比较,除了省电外(用电量是一般灯泡的1/81/10,日光灯的1/2,还有寿命长(可达十万小时以上)、发热量低(热辐射少)、反应速度快(可高频操作),对于废弃物的处理既安全又环保(无汞污染)。由于白色发光二极管灯泡具有上述多项优点,可望在二十一世纪取代钨丝灯和水银灯,成为兼具省电和环保概念的新照明光源,也因此被喻为“绿色照明光源”的明日之星。

D灯具效率(光输出系数)

在日常生活中,人们所使用的光源大多接近全向辐射。全向辐射会使光能射向不需照射的区域,造成能量浪费或光污染。因此,为了让光源发出的光能能够尽可能多地得到利用又不会产生眩光和光污染,同时保护光源安全可靠的工作,必须使用灯具或二次配光器件对光源的辐射区域加以限制,在同样光功率的情况下尽可能的增加被照区域的辐射度。使用LED灯同样会涉及到效率问题,为了衡量灯具利用能量效率的高低,人们用灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例来衡量其效率,叫做灯具效率(也叫光输出系数)。它是衡量灯具利用能量效率的重要指标。由于灯具的用途不同,其设计形式也存在较大地差异。不同形式的灯具其效率也存在较大地差异,一般在5080﹪之间。效率低的灯具其光输出系数甚至不足25﹪,大部分的光能转化为热能而白白浪费掉了。在照明和灯饰工程设计中,选择光输出系数高的灯具,在确保安全和不产生眩光的情况下可以起到节约能源的作用;如选择的灯具效率低下或有相当一部分光能射向空中,就会造成不必要的浪费。

E高亮度点电光源灯具的光输出系数分析

高亮度点电光源如高压钠灯、金卤灯等,其光效可达6090Lm/W以上,但由于它们输出的光能过于集中且为全向辐射,在使用时如不对光源加以遮挡,会产生强烈的眩光。因此,这种光源在应用过程中必须用灯具来增加其被照区域的照度,减少光能损耗,防止产生眩光。这些光源的多数光能量在灯具中产生一次反射或二次反射,其光能量会有一定的衰减。

F节能灯在一些灯具中的光输出系数分析

目前节能灯使用得较为广泛,其外形为管形,光效的典型值为60 Lm/W。节能灯用作室内的普通照明和室外的一些草坪灯时,其光能能够得到最大限度地发挥;但用于庭院灯和筒灯时,光能的实际使用率较低。目前使用较为普遍的乳白色球泡庭院灯,是集照明与装饰为一体的灯具。由于其光能近似全向辐射,故实际射向地面的光能只有灯具输出光能量的50﹪。这种灯射到地面的总光通量可按下式计算:¢g=1**50﹪ 式中:¢g是灯具射向地面的总的光通量;¢1是光源总的光通量;£是乳白色球泡灯具的透过率,一般为0.750﹪系数是因从灯具发出的全部光能中只有一半射向地面。若乳白色球泡灯具内使用一盏30W的节能灯,其总的光通量为30W*60Lm/W=1800Lm;则射向地面的总的光通量为:¢g=1800*0.7*50=630Lm 由此可以看出,球泡灯理论上的光利用率只有35﹪。在实际应用中,由于球泡外表会受到灰尘的污染,内部往往又会受到昆虫的污染,因此£值实际低于0.7

GLED照明灯具的光输出系数分析

对于功率型LED而言,光能的辐射方向均匀单向。LED在封装时,若在出光口装上不同折射角度的透镜,射出的光束就具有不同的辐射角度。我们会根据贵单位车间照明的特点,合理选择合适辐射角度的LED灯。当LED用于路灯时,可选择一组发射角为1400的大角度LED。安装时可将LED的光轴线向外倾斜300450,这可使被照区域的照度变得更为均匀。LED发出的光无须使用任何灯罩进行反射,也无须使用任何光罩加以装饰。它的大部分光能均直接由光源射向地面。由于路灯灯具高度在6-8米以上,且单位面积内的光功率比白炽灯还低,故不足以产生眩光,无须使用任何光罩加以遮挡。因此,LED路灯灯具的效率可高达95﹪。如上面提到的乳白色球泡灯,用30W节能灯时射向地面的总光通量为630Lm,而采用130-145Lm/WLED时只需10W,无须外罩,其节能效果是相当显著的。

HLED用于太阳能路灯的优势所在

首先,LED的光效已达130Lm/W,超过节能灯的典型值。它将使LED成为发光效率最高的光源之一。

其次,功率型LED具有单向辐射特性。它所发出的大部分光能无须经过反射就可直接到达被照物体,从而使光能能够得到最大限度地发出,大幅度地提高了灯具的效率。

三是LED的寿命超长,绿色环保。目前可采购到的功率型LED的平均无故障工作时间多在50000h以上;若每天工作12h,可用十年。它的废弃物几乎可以全部回收利用。这不仅节省能源,还节约了资源,保护了环境。而其他光源废弃后会对环境造成污染,特别是荧光灯废弃后,灯内的汞益出会对环境及水源造成严重污染。

四是LED光源可做到无闪烁、无紫外线,热辐射极低,对人眼无任何危害。LED非常适用于室内照明或人们需长时间工作和学习场所的照明,在发光效率的部分,由于传统光源为360°的放射状光源,有部分的光并没有被有效的使用,所以传统光源使用在单向照明灯具的发光效率在使用上其光线折射损失高达30%以上,不同于传统光源,LED180°的单向光源,所发出来的光可以完整的被利用。


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