第24卷第4期2011年8月四川理工学院学报(自然科学版):1673-1549(2011)04-0489-04太阳能路灯的优化设计与实现刘德雄1，杨华1，胡思福2(1．西南科技大学理学院，四川绵阳621010;2．成都电子科技大学微电子学与固体电子学院，成都610000)摘要:太阳能路灯安全节能无污染、工作自动化、节省电费、维护简便，相对普通路灯而言有较高的性价比。无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，适用于中等大小的环境。综合考虑具体的地理位置和气候条件，经过优化配置太阳能路灯系统。结合蓄电池放电深度，根据LED光源的大小计算太阳能光伏组件和蓄电池容量，确定太阳能路灯系统最佳配置的方法。以西南科技大学太阳能路灯优化设计为实例进行分析，系统实行智能控制，能提供连续5个阴天的照明要求。关键词:太阳能电池;蓄电池;绿色环保;优化设计;高性价比:TK01文献标识码:A引言近年来，由于人们对能源、环境问题的日益关注，太阳能这种非常理想的清洁能源的应用与普及越来越受人们重视。若能合理地利用太阳能，将会为人类提供充足的能源，太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源。同时，随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。太阳能路灯具有安全无污染、工作自动化、节能维护简便等特点，相比普通路灯具较高的性价比［1］。根据四川绵阳的地理位置和太阳能年辐射量等条件，优化设计出一套太阳能路灯系统，并进行测量与性能比较。1太阳能路灯系统的优化设计1.1太阳能路灯系统简介一套完整的太阳能路灯系统包括:太阳能电池组件、蓄电池、控制器与LED灯具以及灯架。各个组件组合起来，形成一套太阳能路灯系统［2-3］，下图1展示了部件之间的连接方式。白天太阳能电池组件将太阳能转化为电能通过控制器储存到蓄电池里，晚上蓄电池通过控制器给光源进行供电。其中LED光源、太阳能电池组件、蓄电池和图1太阳能系统组成图控制器是决定太阳能路灯系统性能好坏的关键，应进行优化设计。1.2太阳能路灯系统匹配问题现在做太阳能路灯的厂家过多的追求灯的外观造型设计，而忽略了最重要的灯具系统的匹配问题，不经过设计和优化，简单设计了事，最后导致灯具在使用过程中出现大量问题。还有些厂家为了营造好的价格优势，不惜牺牲系统的稳定性，这些做法是不可取的［4］。匹配的设计是关系到系统的可靠型和稳定性的重要因素，应引起重视，可从以下几个方面着手:(1)耗电量和电蓄电池容量配比应满足连续阴雨天数要求且放电深度合理;(2)太阳能电池的发电量和负载量的配比合理;(3)太阳能电池的充电电流和蓄电池的容量配比。1.3太阳能路灯系统的优化配置1.3.1LED的选择LED(LightEmittingDiode)即发光二极管，是一种固态半导体照明器件，它可以直接把电能转化为光能［5］。与普通的照明电器相比，LED优势明显。LED属于低压供电照明系统且不需要变压器、镇流器、启动器等附件;LED属于冷光源的固体照明，有可控性好、节能环保、使用寿命长等优点。本系统主要针对西南科技大学的校园环境设计出的一套路灯系统，所以不需要像高速公路上的路灯功率那么大。根据校园道路的照明情况，设计时选择每台太阳能路灯的LED功率为12W，完全能够满足夜晚的照明要求，与现在校园40W的节能灯的亮度相当。选用LEDE27球泡灯，灯的型号为DCL006－D/W－Y(E27)。1.3.2蓄电池的选择综合比较各类太阳能能蓄电池，我们选用VRLA蓄电池，VRLA蓄电池的工作原理基本上仍沿袭于传统的铅酸蓄电池，它的正极活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极活性物质是海绵状金属铅(Pb)，电解液是稀硫酸(H2SO4)，其电极反应方程式如下:正极:335～419×107J/cm2·a+绵阳地区年日照为662h—1287h。负载功耗:W=ΣI×hTmin=662h，Tmax=1287h负载年消耗的总能量:Wi=V×I×T÷KV为负载工作电压12V，I为负载的工作电流;T为负载的工作时间:365×8=2920h;K=0.6Wl=58400WhPmax=Wl÷Tmin=88WPmin=Wl÷Tmax=45.38W(K包括充电效率、太阳能电池板脏污系数、电池板温度补偿序数、并联接线损失系数、最佳输出...