【导读】太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。同时，也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。今天介绍一款太阳能路灯设计方案，从原理到经济效益还有材料选型进行一一解读。
太阳能路灯工作原理
太阳能路灯是利用太阳能电池板，白天接收太阳辐射能并转化为电能经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低，充放电控制器侦测到这一值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电10小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是控制路灯打开和关闭，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。
太阳能照明系统优势
1 太阳能路灯安装简便：太阳能安装时，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。
2 太阳能路灯具免电费：太阳能路灯是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。
3 市电照明路灯存在安全隐患：市电照明路灯在施工质量、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都会带来诸多安全隐患。太阳能路灯没有安全隐患：太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势：绿色环保。
综上对比所述，太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。
系统组成及应用
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能智能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及支架。
高效照明方案设计
方案设计原则
1、从功能上道路照明系统的主要功能是保证交通安全，提高交通运输效率、保障人身安全、提供舒适环境。
2、在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。
3、另外还要结合当地的光资源情况，当地阴雨天气情况，电池板受灰尘覆盖、温度影响、控制器、蓄电池的各种效率等实情况进行综合考虑。
要求：
（1）电池板功率的计算和选用。
（2）蓄电池容量、充放电控制和充放电状态显示。
（3）连续阴雨天五天路灯仍能照明。
（4）光线暗时路灯自动点亮，早上光线强时路灯自动熄灭。
（5）系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。
主流方案介绍
太阳能路灯跟普通路灯控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。
单独的光控型一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启路灯；早上光线较强时，自动关闭路灯，达到自动控制的作用。但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作。
采用时钟控器型的路灯控制器，要预先设定开关时间，使路灯按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。
经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处。目前路灯控制常采用这种控制方式，但其价格较高，在路灯中使用将会增加不必要的成本。
本设计是考虑以上几种控制方式的特点，综合从节电、经济和实用等方面考虑，利用光控时控制结合型，实现太阳能路灯的设计。
太阳能路灯系统总体框架图
光源选择
光源尽量选直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、低压钠灯和LED光源。LED 作为半导体光源，其发展势头强劲，是太阳能路灯最为理想的光源。
本系统采用LED光源，结合成都市区的实际情况 ，我们采用高效太阳能LED路灯（光源功率50W，DC24V），规格50只LED、每只1 W 。
太阳能电池板倾角确定
表1 纬度和太阳能电池板倾角关系
例如：成都市位于东经102°54′～104°53′和北纬30°05 ′～31°26′之间，平均海拔高度500m。由表1 规定纬度和太阳能电池板倾角的关系确立太阳能电池板的倾角为38°
太阳能电池板组件功率的确定
以成都为例，成都全年平均日照时数为 1042～1412小时，则平均每日峰值日照时数为：1042÷365＝2.87 小时/日。
计算每日负载耗电量为：500Wh÷24V＝21Ah
计算所需太阳电池的总充电电流为： 21Ah×1.02/(2.87h×0.9)＝10.3A
其中：0.9为蓄电池的充电效率 ；1.02为 20年内太阳电池衰降，方阵组合损失，尘埃遮挡等综合系数。
为保证全年能有效地对蓄电池组件充电，因此，太阳能电池组件在任何季节的工作电压须满足：
V ＝ Vf +Vd +Vi
=27.4+0.7V+4.5V
=32.6V
式中，Vf 为蓄电池组件浮充电压；Vd 为因阻塞二极管和线路直流损耗引起的压降；Vi 为因温度升高引起的压降。
众所周知，厂商出售的太阳能电池组件所标出的标称工作电压和输出功率最大值（ Wp ），都是在标准状态下测试的结果。由太阳能电池组件的温度特性曲线可知，当温度升高时，其工作电压有较明显的下降，可用下式计算因温度升高而引起的压降Vi 。
Vi= a（tmax-25）Va
式中，a 是太阳能电池组件的温度系数，对单晶硅和多晶硅电池组件来说，a=0.005，对非晶硅电池组件来说，a=0.003； Tmax 为太阳能电池组件的最高工作温度（45℃~60℃）； Va 为太阳能电池组件的标称工作电压。
太阳能电池组件板的功率：
Pa=Ia*Va*K/1-a(Tmax-25)
=5*36*1.2/1-0.005（50-25）
=216/0.875
=246W
式中，a、T max取值与上面相同，K 为考虑一些未知工作因素，而引入的安全系数，可根据电压等级，数据准确程度，运行环境等，在1.05~1.30 之间选取。
根据上述计算本设计可选两块TW180（35D）单晶硅电池板并联TW180（35D）的技术参数如下：
太阳能蓄电池容量选择
21Ah*（5+1）/0.68=186Ah
其中0.68为放电深度， 因此选择12V，200Ah免维护式铅酸蓄电池，2块/串联。串联后电压24V，200Ah。
太阳能控制器选择
本系统控制器选用TYK-3 SDRC型太阳能路灯智能控制器，部分参数如下：
额定工作电压： 24V
额定工作电流：10A
过充电压点： 28.8V±0.2V
过压恢复点： 27.2V±0.2V
过放电压点： 21.6V±0.2V
过放恢复点： 24.6V±0.2V
该控制器当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时10分钟确认启动信号后，开通负载，负载开始工作；当有阳光时，光强升到启动点，控制器延时10分钟确认关闭输出信号后关闭输出，负载停止工作。
太阳能路灯照明方式的设计
道路及与其有关的特殊场所的照明方式分常规照明和高杆照明两种。常规照明有单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、横向悬索布置、和中心对称布置五种基本布灯方式，如下图所示：
采用常规照明方式时灯具的配光类型布灯方式安装高度和间距应满足下表表的规定。且灯具的悬挑长度不宜超过安装高度的1/4,灯具的仰角不宜超过15°。
灯具的配光类型及布灯方式与安装高度间距的关系
本系统中所用灯具属于截光型灯具，且采用单侧布置。所以该路灯的安装高H>=Weff ；Weff为路面有效宽度，假设路面的有效宽度为5米，则安装高度为H >=5米，安装间距<=3*5=15米。
太阳能灯具照度和亮度均度的要求
本系统中路灯的平均照度：
Eav=（φ×U×K×N）/(Weff×S)
=( 44000*0.7*0.4*2)/(5*15)
=24640/75
=329
本系统中路灯的平均亮度L=R*E
方案最终效果
太阳能灯具的安装注意事项
1、太阳能路灯以太阳辐射为能源，照射在光电池组件上的阳光是否充裕直接影响灯具的照明效果，因此在选择灯具的安装位置时，电池组件在任何时间段都能够照射到阳光，且无树叶等遮挡物。
2、穿线时一定要注意导线勿夹在灯杆的连接处。导线的连接处应该连接牢固，且用PVC胶带缠绕。
照明系统的设备清单
总结
本方案详细地介绍了目前主流的一款太阳能路灯照明系统方案，从原理到应用还有参数的计算都以成都为例子展开详细的讨论。其中太阳能电池板功率的计算和电池板选型部分是整个系统的核心，因此重点分析计算了功率。此外方案设计完成之后还要考虑现场施工方案，因为即使照明系统设计得再好如果不根据当地的实际情况来设计施工方案也是意义不大的，这里主要讨论照明方案，现场部分不再做详细介绍。
