浅谈太阳能路灯特点及设计要点

易慧娟

摘要：太阳能灯作为一种安全、环保、自动控制免维护的新型照明产品。本文从实际应用的角度，介绍了太阳能灯系统的组成和原理以及太阳能灯关键部件电池的使用特点，总结了太阳能灯在道路中的设计要点。

关键词：太阳能灯；电池；路灯设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1概述

随着社会经济的发展，地球资源日益贫乏，能源与环境问题越来越引起全社会的关注，可再生能源的开发与利用越来越受到人们的重视。太阳能作为一种新能源，与传统的发电方式相比，具有安全、环保、维护简单、资源永不枯竭等特点，在照明领域中得广泛的应用。

2 太阳能路灯系统组成和工作原理

太阳能路灯系统主要由太阳电池组件、组件支架、光源、电控箱（内装控制器、蓄电池）、灯杆（含灯具）等几部分组成。

太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理，白天太阳电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存在蓄电池里，当夜幕降临或灯具周围光照度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电设定的时间。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。

3 太阳能照明灯和市电照明灯的比较

市电照明灯安装复杂、具电费高昂、具有安全隐患等缺点。在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，其返工量大。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。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，然后用不锈钢螺丝固定就可。市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。

与市电照明灯相比，太阳能照明灯最大优点：不用电，节约电能，是一次性投入，维护成本低，短期可收回投资成本，长期受益。不用电线，也不用铺设任何管道，只是顶部多了个长方形金属板，斜面顶部朝向太阳。太阳能照明没有安全隐患，是超低压产品，运行安全方便，环保节能，且可随时变换安装位置，方便日后工程改造。太阳能照明灯最大缺点：一次性投入高。造价虽然贵还是很划算。太阳能路灯也有劣势，主要是首期的一次性投入较高，如ＬＥＤ太阳能路灯采用造价昂贵的进口晶硅太阳能电池板供电，比普通路灯要贵３０％左右。不过如果考虑到长期的电费和定期更换灯炮及配件的费用，太阳能路灯是绝对划算的。

4太阳能灯关键部件——电池使用特点

从应用的角度论述，大家主要关心的是太阳能电池的外特性。首先，对于单片太阳能电池来说，它是一个ＰＮ结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有ＰＮ结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为0.48Ｖ。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2ｍＶ，对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件，这是一个不可忽视的问题。在使用中，太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏，实际上我们也正是利用它的这个特性对系统蓄电池充放电进行控制的。太阳能电池在路灯使用中必须注意的问题有：

（1）太阳能电池功率的选择。太阳能灯具的设计和灯具的使用地区有关。太阳能电池组件额定输出功率和灯具输入功率之间关系大约是（2～4）:1，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。

（2）蓄电池容量的选择。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作，太阳能灯具也不例外，必须配置蓄电池才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ｎｉ－Ｃｄ蓄电池、Ｎｉ－Ｈ 蓄电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够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。

（3）太阳能电池封装形式的选择。目前太阳能电池的封装形式主要有2种，层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅1～2年。因此，1Ｗ 以下的小功率太阳能草坪灯，在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯，建议使用层压的封装形式。另外，有一种硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到10年。

（4）太阳能电池安装倾斜角度的选择和装饰性外罩。为了美观，许多的太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少15％～20％，如果再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少5％左右，太阳能电池价格昂贵，我们收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。宜为45度倾斜。

（5）热岛效应。单片太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。

5 太阳能路灯设计要点

（1）太阳能路灯使用地的经度与纬度。通过地理位置的可以了解并掌握设备使用地的气象资源，比如月（年）平均太阳能辐照情况、平均气温、风力资源等，根据这些条件可以确定当地的太阳能标准峰值时数（h）和太阳电池组件的倾斜角与方位角。

（2）路灯所选用光源的功率（W）。光源功率的大小直接影响着整个系统的参数。

（3）太阳能路灯每天晚上工作的时间（H）。这是决定太阳能路灯系统中组件大小的核心参数，通过确定工作时间，可以初步计算负载每天的功耗和与之相应的太阳电池组件的充电电流。

（4）太阳能路灯需要保持的连续阴雨天数（d）。这个参数决定了蓄电池容量的大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳电池组件功率。

（5）确定两个连续阴雨天之间的间隔天数（d）。这是决定系统在一个连续阴雨天过后充满蓄电池所需要的电池组件功率。

6结论

综上所述，太阳能路灯比市电路灯优势更具明显，环保节能、安全方便。太阳能发电技术在路灯建设中的推广应用，对于促进经济社会可持续性发展和我国正在实施的节能减排都具有长远的意义。

参考文献：

[1]黄汉云.太阳能光伏发电应用原理[M].北京：化学工业出版社,2009.

[2]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]王君一,徐任学.太阳能利用技术[M].北京：金盾出版社，2008.