太阳能与LED结合设计--太阳能路灯照明系统

经常布满天空，该段时间散射辐照量在
总辐照量中占的比例很高，从表2可以看出2月份的散射辐照量比例是全年最高值达到65．6％；夏季主要是晴热天气，阳光充足，水平面上太阳辐照
度是全年最大的，而且太阳辐照量中直接辐照占的比例很高；秋季的珠海地区秋高气爽，晴空万里，虽然太阳高度角相逐渐减小，但是太阳辐照量仍然
比较高；冬季，晴天屠多，尤其足前冬，雨量稀少。
倾斜面太阳辐照度计算
倾斜面上太阳辐照计算一般是以过去10～20年的气象资料数据作为依据，在提供的水平面太阳辐照量数据基础上，可以使用Hay_I 提出的天空散射辐射各向异性的模型算出朝向赤道不同倾角的方阵面上所接苏到的太阳辐照量。
其表达式为：
HT：H R8+Ho I_R H }H +0．s 、～HB|Ho)
(1+cosf1)J+0．5pH (1一cosp) (3)
R ：cos0 ／cos0
入射角： =COS [cos0 cosfl+sin0 sinflcos
(y 一y J J
天顶角： =c0s [sinasin~+c0s c0s c0s∞][3
太阳方位角： ys = d * d y 。+
f_l 1* *180。_3
热 n [ ={ 。 }’
f l ≯ (≯一 01 f l ∞ 01
I―l 其他 』’ I―l其他』’
=ar~cos(tan3／tan~)
卢为斜面倾角，f0为地物表面反射率， 为入射角，臼，为太阳天顶角；a为太阳高度角；)，为表面方位角，y 为太阳方位角。通过以上Hay模型的计算，得到图3的不同倾角平面的月平均太阳辐照量变化。从图3可以看出在2―4月是各倾角平面获得太阳辐照量最低的时段，而且这段时间几种倾角平面获得的太阳辐照度相差不大，分析原因主要是因为2―4月是珠海地区的雨季，阴、雨天气比较多，散射辐照量在总辐照量中占的比例很高，从表2可以看出这3个月散射辐照量比例都在55％以上，由于改变倾角对太阳电池组件多接受直接辐射作用比较大，但是对散射辐照作用不大，因此在2―4这3个月不同倾角的平面接受的太阳辐照量差别不是很大；在夏季的5―8儿个月，以0。平面接受的太阳辐照量最大，15。和22。倾斜角平面接受的太阳辐照度很接近，然而40。平面接受到的太阳辐照量相比较其他3种倾角来说辐照蛀降低很多；珠海地区在秋季天气秋高气爽，晴空万里，虽然太阳高度角逐渐减小，太阳辐照量仍然比较高，15°、22°、40°几种倾斜角平面获得太阳辐照量很接近，而9月以后0。平面接受的太阳辐照量快速减少，降幅很大；冬季，晴天居多，尤其是前冬，雨量稀少，冬季的1和l2月份，高度角是全年最低时期，从图3以看出在不同角度倾斜面上，太阳辐照量差别较大，在40o时能获得最大的太阳辐照量，水平面上的太阳辐照量被严重减小，同时冬至前后光控制太阳能照明系统工作时间是全年最长的，因此倾斜角度应当适当照顾冬季的太阳辐照。

通过对图3不同倾角平面的月平均太阳辐照量变化的分析，结合我们使用负载情况，在太阳能路灯系统设计时，首先要考虑系统在2―4月低太阳辐
照量情况的正常工作需求，在珠海地区使用的光控太阳能路灯是冬季耗电量大的季节性负载，但是负载趋变化不是很大，负载情况不是影响太阳电池板
最佳倾角的主要因素，综合几个方面的因素，珠海太阳能路灯的太阳电池组件布置倾斜角度是取当地的纬度22。，这样不但能够适当的照顾冬季时负载用电增加，而且在春季2―3月有最佳输出，进入夏季后又能比40。f顷角时产出更多的电能，快速对蓄电池进行恢复性充电，延长蓄电池的寿命。

太阳电池板和蓄电池容量确定确定
太阳能电池和蓄电池容量的组合，既是在保证路灯负载可靠性需要盼前提下，确定使用最少的太阳电池组件和蓄电池容量，以最优化设计达到可靠性和经济性的最佳结合。对于可靠性国内外大多采用负载缺电率(LOLP)来衡量 。其定义为系统停电与实际所需要用电时问比值。LOLP值在0到1之间，数值越小，可靠性越高。对于呵靠性要求应该有一定的限度，以往在国内光伏系统没计时，往往不沦其用途如何，总是设计成要达到不停电，即要求IJ(】IJP=0，实际上交流电网对大城市供电也只能达到IJ(】LP=10I3数量级，[大1此要求价格相对昂贵的光伏系统达到100％的可靠性，显然是不合理的。因而在太阳能路灯设计时，在满足负载合理的可靠性的同时，要有最佳的经济性，由表3的推荐，珠海太阳能路灯设计的可靠性L0LP值为0．1，能够保证4―5个阴雨天的供电。按照这个可靠性设计，系统配置如表4所示，使用8支1W大功率白光LED作为灯负载，2块20Wp太阳电池组件(朝南220倾斜角布置)，12V，40AH免维护铅酸蓄电池。

总 结 ．
在光伏发电应用的过程中，不少产品由于没有按照光伏发电的工作特点和运行规律来进行设计，往往使系统无法长期正常地运行，根据珠海当地的
气候情况，结合太阳能光伏发电的特点，对该处运行的太I5}j能路灯进行设计优化工作是很有意义的，它不但降低 太阳能路灯系统成本，而且提高了系统的可靠性。经过对太阳能半导体照明路灯系统实际近1年的测试观察，结果基本符合设计要求，太阳能路灯控制器能够准确地对整个系统进行控制，能够正确的对蓄电池进行过充电、过放电保护，蓄电池在经过4天的连阴天后，路灯仍然正常工作。