上海太阳能路灯系统.docx
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上海太阳能路灯系统
太阳能路灯系统
一、太阳能路灯系统介绍
白天，太阳电池组件在太阳光照射下产生光伏电流，在控制器的控制下为蓄电池充电，当夜晚来临光线暗淡时，蓄电池在控制器的控制下，将白天储存的电量放出，为光源供电从而提供使用场所需要的夜间照明；当第二天早晨天亮时，控制器自动关断供电电源，光源熄灭并开始新一轮的充电。
由于蓄电池具有像水库蓄水一样的功能，它在有阳光时储存的电量会逐渐累积，当遇到阴雨天（一般可允许连续五天）不能为蓄电池充电时，蓄电池平时储存的电量可供系统继续工作，依然可稳定提供夜间照明。
1.1系统说明
根据灯具安装使用的要求和特点，选取节能、高亮度、长寿命的太阳能照明灯具。
灯具采用高效节能的LED灯具，配置高转换效率的太阳电池组件和大容量蓄电池组，与高可靠性的太阳能智能充放电控制器及其它部件组成太阳能路灯照明系统。
1.2系统原理图
1.3我们的设计建议
1、采用先进的控制体系是提高太阳能路灯可靠性的关键之一
太阳能控制器是太阳能路灯系统应用是否成功的关键设备之一，是决定太阳能路灯系统可靠性的关键设备。
太阳电池最大功率点跟踪控制技术能较普通控制技术大幅度提高太阳能系统充电效率，是提高系统性能和可靠性的最新技术之一。
脉宽调制充放电方式（PWM）是对蓄电池寿命和性能最好的充放电方式，如果能做到全程PWM方式对蓄电池充放电，则将大大延长蓄电池的寿命，维护蓄电池的性能，降低系统的长期运营成本。
2、采用高质量高光效的LED光源是太阳能路灯应用的关键之一。
光源决定了太阳能路灯系统的实际照明效果。
LED光源的光效越高，在相同功率下其照明效果越好。
建议选用目前市场上光效最高的LED光源，其照度可达到103lm/W。
3、采用高性能的蓄电池是保证太阳能路灯稳定性和降低使用成本的关键之一
蓄电池是太阳能路灯系统中的储能设备，其质量和性能决定了太阳能路灯系统的稳定性。
太阳能系统的充放电方式决定了蓄电池必须耐深度放电、大电流充放电等极端情况。
普通铅酸蓄电池在这种条件下工作其寿命和性能将受到影响。
而胶体蓄电池耐深度放电和大电流充放电性能较好，建议选用胶体蓄电池。
4、产品质量和厂家的售后服务对太阳能路灯系统的运营成本起到重要的作用。
太阳能路灯系统属于长寿命产品，一般来说，系统的一次性投资较大，运营成本较低。
但是目前市场上产品稂莠不齐，性能和价格差别较大。
某些厂家为取得项目通过降低产品的质量和性能来降低一次性投资，以此吸引业主单位选用其产品，这样会为路灯系统的长期运营埋下隐患，反而大大增加路灯系统的运营成本，损害业主单位的利益。
建议选用质量性能价格比最高的产品。
二、系统设计
2.1上海地区气象条件及太阳能资源
上海位于北纬31度11分，东经121度29分。
正当中国海岸线中心点，是长江出海的门户。
地处长江三角洲冲积平原前缘，东濒东海，北界长江，南临杭州湾，西与江苏省和浙江省接壤。
上海年平均日照时数2014.0小时，日照较为充足，太阳能资源较为丰富，属于可利用地区。
2.2技术参考规范
1.《灯具一般安全要求与试验》（GB7000.1-2002）
2.《道路与街路灯照明灯具安全要求》（GB7000.5-2005）
3.《建筑物防雷设计规范》（GB50057-1994）
4.《城市道路照明工程施工及验收规程》（CJJ89-2001）
5.《电光源安全要求》（GB7248-87）
6.地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型（eqvIEC61215）（GB/T9535）
7.地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型（eqvIEC61646）（GB/T18911-2002）
8.通信用阀控式密封铅酸蓄电池（YD/T799-2002）
9.灯的控制装置技术第1部分，一般要求与安全要求（GB19510.1-2004）
10.《昆明市“绿色光亮工程”技术规范（试行）》
11.国家和行业现行其他有关强制性标准、技术规范和规程要求。
2.3先进性和可靠性设计
2.3.1设计要求
一个设计得好的太阳能路灯系统，其设计标准为：
1、能稳定、可靠的给计划负载（灯源）供电；
2、根据使用地的地理位置、辐射条件选择好方阵的最佳倾角，以使太阳能电池板获得最佳的辐射度，并在一年中有时间上的均匀性；
3、太阳能电池方阵和蓄电池的选配是优化经济的；
4、系统的整体设计安全可靠。
5、尽延长提高蓄电池寿命。
2.3.2设计原理
太阳能路灯系统的设计包括两个方面：
容量设计和硬件设计。
太阳能路灯系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的容量。
同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地减少系统成本。
太阳能路灯系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型，支架设计，电缆的选择，控制系统的设计、防雷设计、照明和照度设计等。
在进行系统设计的时候需要综合考虑系统的软件和硬件两个方面。
在进行太阳能路灯系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：
太阳能路灯系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料等。
太阳能路灯系统软件设计的内容包括负载用电量的估算，太阳电池组件数量和蓄电池容量的计算以及太阳电池组件安装最佳倾角的计算。
因为太阳电池组件数量和蓄电池容量是光伏系统软件设计的关键部分，所以本节将着重讲述计算与选择太阳电池太阳电池组件和蓄电池的方法。
2.4设备先进性、可靠性、安全性、可维护性及防盗设计实现
根据客户的技术要求，通过设计整合，结合我公司在众多同类相关工程的经验下，我公司为本项目所提供的太阳能路灯系统设计充分体现了太阳能路灯系统运行的先进性、可靠性、安全性、合理性、便于维护性：
产品先进性
1、专利技术应用：
采用专利的控制系统，智能充放电控制，智能能量管理，延长蓄电池寿命，性能领先于国内国外产品。
2、目前先进设备的选型：
选用国际最先进的进口LED芯片，光效大于：
103（lm/w）。
3、采用寿命长，耐大电流充放电、耐深循环、高低温效果良好的胶体蓄电池，性能优于铅酸蓄电池。
产品可靠性
采用智能型先进的互补控制技术，在以下3方面保证系统的可靠性：
1、采用脉宽PWM控制技术，提高太阳能充电的利用效率。
2、采用（1+1）2组蓄电池储能装置，PWM方式充电，智能化功率跟踪放电，优化电源管理技术，极大的提高了蓄电池的使用寿命，同时减少了系统的维护成本，使系统可靠的供电。
3、本项目光伏系统智能化充放电互补控制装置，其功率器件容量配置是等功率光伏控制器2倍，其工作状态处于间歇交替工作状态，其器件和设备使用寿命2倍于常规光伏控制器；提升了光伏发电最大利用效率；提高了蓄电池的转换效率，使得作为整个光伏系统中最易损害的部分—蓄电池的使用寿命延长1-2倍，节约了光伏系统的成本，减少了人工维护次数，提高了光伏系统设备的可靠性和稳定性。
产品安全性
1、防盗装置：
采用架空安装方式，机箱采用专用内扣防盗机箱。
2、警示标示：
车辆进出多的地点采用交通专用警示标示。
3、本系统采用12V/24V安全电压，对人体无伤害，同时，灯杆基础采用接地装置，能有效地防止雷击。
产品便维护性及防盗性
太阳能路灯系统整体采用一体化设计，机箱采用挂壁式，挂在灯杆一定的高度可有效防盗，在蓄电池维护期到时，可方便更换，又便于维护人员维护维修。
同时有效改善蓄电池和控制器的工作环境，延长设备使用寿命。
机箱采用特殊的防盗设计，经实践证明可有效起到防盗作用：
1、机箱采取无外露坚固件设计，所有紧固件全部设计在机箱内；
2、机箱采取隐蔽专用开锁工具设计，无外露锁具，必须采用专用特殊工具，通过专用隐蔽方式开锁，锁具采用M10*2螺栓锁紧,防撬；
3、机箱采用1.2mm以上钢板制作，无撬动支点设计，防撬；
2.5拟投入该项目的太阳能路灯技术方案
2.5.1路灯配置方案（8米灯高设计）
1、路灯工作参数设计：
整灯设计为杆高9米，光源离地8米，采用进口大功率高光效贴片LED光源和高效率长寿命晶体硅太阳电池组件，配置双回路充放电控制系统及智能容量管理系统，支持最长阴雨天7天以上；
2、系统设备设计：
1光源设计：
单灯50瓦，中心最大照度大于20LX。
2智能容量管理系统：
自动根据系统剩余容量进行灯具功率控制，实际照明天数大于7天；
3照明系统控制方式：
专利技术应用，具备光控/时控/自动功率跟踪控制/分时段定时控制功能，另外还有以下控制功能：
✧双回路PWM最大功率跟踪控制
✧双储能装置，CPU智能化电源管理理
✧双回路功率跟踪控制,交替输出
4照明参数
✧发光效率：
采用进口芯片，发光率≥103lm/W；
✧配光曲线：
近似圆形光斑；
✧有限照射面积：
采用面型LED光源；配具半截灯具，可增大有效照射面积；
✧中心最大照度：
≥20lx；
5电气参数：
✧工作电压：
DC12V/24V
✧灯具效率：
≥95％
6其它
✧防护等级：
IP65（防水性）
✧灯罩：
压铸铝
✧路灯抗风等级：
≥7-8级
3、系统配置参数表
（1）每天全照度工作4小时，之后照度降低工作至天亮
序号
内容
规格型号
单位
数量
单价
总价
备注
1
太阳电池组件
95W
块
2
￥1,520.00
￥3,040.00
单晶硅，190W配置，通过国际最严格的欧盟CE、美国UL、德国TUV认证，转换效率高，衰减小，寿命长，产品大量出口应用于欧洲、美国和非洲。
2
胶体蓄电池
12V150Ah+200AH
组
1
￥3,850.00
￥3,850.00
太阳能专用设计，耐深放电、耐大电流充电，通过国际最严格的国际电工组织IEC、欧盟CE、美国UL、德国TUV、俄罗斯POCC认证，（1+1）主备配置，有效延长阴雨天持续供电时间，共12V350Ah
3
太阳能智能路灯控制器
TJLK12/24-20
台
1
￥400.00
￥400.00
自主知识产权，国家发明专利和新型实用专利技术，国家科技部和昆明市科技局创新基金支持，智能充放电控制，智能能量管理，延长蓄电池寿命，性能领先于国内国外产品。
4
LED灯源及灯具
50W
套
1
￥2,300.00
￥2,300.00
专利产品，通过国家电光源质量监督检验中心、国家灯具质量监督检验中心检测，通过国际最严格的欧盟CE、德国TUV认证，进口高亮度单颗大功率半导体晶片，高效节能光源，含灯具，首创散热器与灯壳一体化设计，散热好，无不良眩光、无频闪。
5
灯杆
9m圆锥形灯杆
根
1
￥1,500.00
￥1,500.00
采用Q235A钢材加工，壁厚3.5mm，镀锌喷塑处理，抗风防腐；灯杆高度9米，灯高8米；
6
太阳电池组件支架
ZJ180/1
套
1
￥300.00
￥300.00
镀锌角钢支架，有背板和固定倾角
7
蓄电池防盗密封机箱
12-100/20
套
1
￥400.00
￥400.00
带防盗装置，防水设计与灯杆一体化设计；
8
灯杆预埋件
套
1
￥200.00
￥200.00
地脚采用Q325钢材加工，螺栓直径为20mm；热镀锌处理；
9
安装材料
电力电缆、扎带、紧固件、接线头等耗材
套
1
￥150.00
￥150.00
国标
10
标牌
项目标识，铝合金制作
张
1
￥20.00
￥20.00
11
灯杆基础
套
1
￥0.00
￥0.00
12
运输费
套
1
￥0.00
￥0.00
13
安装费
套
1
￥0.00
￥0.00
14
价格
￥12,160.00
（2）每天全照度通宵工作（12小时）
序号
内容
规格型号
单位
数量
单价
总价
备注
1
太阳电池组件
135W
块
2
￥2,160.00
￥4,320.00
单晶硅，270W配置，通过国际最严格的欧盟CE、美国UL、德国TUV认证，转换效率高，衰减小，寿命长，产品大量出口应用于欧洲、美国和非洲。
2
胶体蓄电池
12V120Ah
只
4
￥1,320.00
￥5,280.00
太阳能专用设计，耐深放电、耐大电流充电，通过国际最严格的国际电工组织IEC、欧盟CE、美国UL、德国TUV、俄罗斯POCC认证，（1+1）主备配置，有效延长阴雨天持续供电时间，共24V240Ah
3
太阳能智能路灯控制器
TJK12/24-20
台
1
￥400.00
￥400.00
自主知识产权，国家发明专利和新型实用专利技术，国家科技部和昆明市科技局创新基金支持，智能充放电控制，智能能量管理，延长蓄电池寿命，性能领先于国内国外产品。
4
LED灯源及灯具
50W
套
1
￥2,300.00
￥2,300.00
专利产品，通过国家电光源质量监督检验中心、国家灯具质量监督检验中心检测，通过国际最严格的欧盟CE、德国TUV认证，进口高亮度单颗大功率半导体晶片，高效节能光源，含灯具，首创散热器与灯壳一体化设计，散热好，无不良眩光、无频闪。
5
灯杆
9m圆锥形灯杆
根
1
￥1,500.00
￥1,500.00
采用Q235A钢材加工，壁厚3.5mm，镀锌喷塑处理，抗风防腐；灯杆高度9米，灯高8米；
6
太阳电池组件支架
ZJ270/1
套
1
￥380.00
￥380.00
镀锌角钢支架，有背板和固定倾角
7
蓄电池防盗密封机箱
24-240
套
1
￥500.00
￥500.00
带防盗装置，防水设计与灯杆一体化设计；
8
灯杆预埋件
套
1
￥200.00
￥200.00
地脚采用Q325钢材加工，螺栓直径为20mm；热镀锌处理；
9
安装材料
电力电缆、扎带、紧固件、接线头等耗材
套
1
￥150.00
￥150.00
国标
10
标牌
项目标识，铝合金制作
张
1
￥20.00
￥20.00
11
灯杆基础
套
1
￥0.00
￥0.00
12
运输费
套
1
￥0.00
￥0.00
13
安装费
套
1
￥0.00
￥0.00
14
价格
￥15,050.00
备注：
1、以上报价不含基础施工费、设备运输费、系统安装费等费用。
2、HID氙气灯无法进行照度调节，因此方案一配置不适合。
3、本设计配置未考虑城市楼房或高大树木对太阳电池组件的遮挡情况，安装选点时应选取阳光无遮挡地区。
4、设计选取的太阳能辐射数据为多年平均值，而由于江南地区每年内各月份之间太阳能辐射量相差较大，特别是秋冬季阴雨天太长，太阳能辐射量会低于选取的多年平均太阳能辐射量值，因此可能会出现断电情况。
因此建议使用交流电作为后备电源以防止太阳能过低而导致太阳能路灯断电。
5、通宵全照度工作配置由于蓄电池配置量过大，DC12V系统无法满足设计要求，因此系统设计考虑了DC24V供电系统。
2.5.2电路连接设计图及结构示意图
电路连接图
结构示意图图
2.5.3照度模拟计算
参照附件。
2.5.4电性能设计
2.5.4.1系统说明
根据灯具安装使用的要求和特点，选取节能、高亮度、长寿命的太阳能照明灯具。
灯具采用高效节能的LED灯具，配置高转换效率的太阳电池组件和大容量蓄电池组，与高可靠性的太阳能智能充放电控制器及其它部件组成太阳能路灯照明系统。
2.5.4.2系统设计计算方法
1、太阳能电池容量设计依据：
太阳电池方阵配置容量（瓦）=（太阳电池电压补偿系数×系统安全系数×负载功率×负载每天工作时间）÷（标准光强下单位面积上日均太阳辐射量×太阳电池组合损失补偿系数×太阳电池方阵灰尘遮挡损失补偿系数×蓄电池充电效率）
2、太阳能电池方阵最佳倾角和最佳方位设计：
1 方阵最佳倾角
依据工程支架最佳倾角计算公式：
Htβ=Hb*Rb+Hd[（H-Hd）Rb/H0+1/2（1+cosβ）（1-（H-Hd）/H0]+α/2*H（1-cosβ）
β=φ+σ
公式说明:
最佳倾角与当地纬度、当地太阳辐射强度、地面散射强度和当地气候等各方面的因素有关，经我公司多年的研究和实际工程经验总结、并联系在现场的实践经验。
通过计算得到安装太阳电池实际地点获取最佳光辐射的支架最佳倾角为29度。
2 最佳方位设计
太阳从地平线升起后，在正南方向西移动的位置称为方位角，以正南方为基准的东西向角度来测量，并以度计量。
中午日当头是阳光最好的时刻即太阳能电池方阵方位角。
2.5.5.3系统控制原理
本控制系统采用1＋1互补充电、蓄电池1+1互补电源管理、输出1＋1互补输出相结合的光伏智能化控制体系。
本装置可最大限度的提升了光伏发电的利用率；提高蓄电池的转换效率，延长蓄电池的使用寿命；提高光伏系统设备的可靠性和稳定性。
对蓄电池的充电工作做的如何,直接影响供电系统中蓄电池的使用寿命和供电安全。
太阳能电池作为绿色电源在各种领域应用时间还不长，对蓄电池的充电过程中发现其充电方式会造成中午太阳光线强时蓄电池电压迅速上升，但蓄电池并未完全充满，晚上或阴雨天负载放电时电量不足。
太阳能脉冲控制蓄电池充放电不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。
脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。
充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。
间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。
由于太阳电池的价格很高，如果蓄电池采用脉冲充电方式，在脉冲的间歇期会有一大部分太阳能发电未利用，因此我们提出下面这种方案：
将太阳能光伏系统中的一组蓄电池，采用两组容量为1/2原系统蓄电池并联，太阳电池由充电控制器对两组电池进行脉冲方式充电：
首先脉冲电流对一组电池充电，在脉冲的间歇期对另一组蓄电池进行充电，如此循环，则太阳电池的发电被100%完全利用，同时两组蓄电池又可以进行脉冲充电方式。
显然，在整个充电过程中充入电池的电能被有效的转化为化学能被储存，因而提高充电时容量转换效率。
2.6本路灯系统的优点
1、采用单晶硅太阳电池组件
✧通过TUV\UL\CE认证
✧转换效率高达17%以上
✧衰减小，寿命长
✧可在各种恶劣气候条件下工作。
2、智能充放电控制系统：
✧充电使用充电效率高的PWM方式充电，极大地提高了太阳能系统的充电效率和蓄电池的致用寿命；
✧采用获得国家发明专利的蓄电池互补控制技术，创造性地设计2组蓄电池系统，利用PWM充电方式的特性，将充电损失部分充分利用，最大限度地利用太阳能系统所发出的电能，充电效率较目前市场上较为先进的PWM充电方式控制器提高约10%-20%左右，可相应降低太阳电池组件的设计量，大幅降低投资成本；
✧对蓄电池系统采取不同的电量管理措施，避免了在长时间连续阴雨天后蓄电池组欠压保护，常规控制器无法在短时间内将蓄电池组电压提升到恢复供电节点，导致系统长时间断电的问题。
经测试，一般自维持时间为5天左右的太阳能系统使用本公司的控制器在阳光充足的情况下可在1天左右将欠压保护的蓄电池组电压提升到恢复供电节点以上，而常规控制器则需要3-5天；
✧主要功率器件选取国际知名品牌产品，电路板等主要部件在国内大型专业厂家OEM生产，并进行全套的质量、性能检测，保证了控制器的高品质；
✧微电脑芯片控制，充放电各参数点可编程设定：
可适应不同场合的特殊要求，而且可避免各路充电开关同时开启、关断时引起的振荡；
✧各路充电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态；
✧保护齐全：
过充、过放、过载、短路、接反、夜间防反充等一系列报警和保护功能；
3、高性能胶体蓄电池
✧长寿命设计；
✧抗深循环性能优异，是最理想的用于太阳能系统的电池。
✧深放电后充电速度快、效率高，恢复性能优异。
✧热阻低、热容量大，工作温度范围宽：
-20℃~+50℃下均可正常使用。
✧可靠性好，户外使用寿命长。
4、高性能LED光源
✧选用进口高亮度单颗大功率半导体晶片，发光率达到103lm/W；
✧首创散热器与灯壳一体化设计，LED直接与外壳紧密相接，通过外壳散热翼与空气对流散热，充分保证了LED路灯50000小时的使用寿命。
按照每天工作12个小时计算，其寿命也在10年以上，维护费用极低；
✧灯壳采用铝合金压铸成型，可以有效的散热和防水、防尘。
灯具表面进行了耐紫外线抗腐蚀处理，防护等级：
IP65标准；电器绝缘等级：
CLASSI；
✧采用单体椭圆反射腔配合球状孤面来设计，针对性地将LED发出的光控制在需要范围内，提高了灯具出光效果的均匀性和光能的利用率，更能凸显LED路灯节能优点。
✧无不良眩光、无频闪。
消除了普通路灯不良眩光所引起的刺眼、视觉疲劳与视线干扰，提高驾驶的安全性；
✧启动无延时，通电即达正常亮度，无须等待，消除了传统路灯长时间的启动过程；
✧绿色环保无污染：
不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染；
✧符合GB7000.5-2005《道路与街道照明灯具安全要求》标准和Q/14100GY004《JB系列LED道路与街路照明灯》企业标准
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