太阳能抗风设计.docx
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太阳能抗风设计
2）抗风设计
在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。
抗
风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。
下面按以上两块分别做分析。
⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计
依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为
2700Pa。
若抗风系数选定为 27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，
电池组件承受的风压只有 365Pa。
所以，组件本身是完全可以承受 27m/s 的风
速而不至于损坏的。
所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。
在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。
⑵ 路灯灯杆的抗风设计。
路灯的参数如下：
电池板倾角 A = 16o 灯杆高度 = 5m ，
设计选取灯杆底部焊缝宽度 δ = 4mm 灯杆底部外径 = 168mm ， 焊缝所
在面即灯杆破坏面。
灯杆破坏面抵抗矩 W 的计算点 P 到灯杆受到的电池板作用
荷载 F 作用线的距离为 PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o =
1545mm=1.545m。
所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩 M = F×1.545。
根据
27m/s 的设计最大允许风速，2×30W 的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为
730N。
考虑 1.3 的安全系数，F = 1.3×730 = 949N。
所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩 W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。
上式中，r 是圆环内径，δ 是圆环宽度。
破坏面抵抗矩 W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）
=π×（3×842×4＋3×84×42＋43）= 88768mm3
=88.768×10－6 m3
风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W
= 1466/（88.768×10－6） =16.5×106pa =16.5 Mpa＜＜215Mpa
其中，215 Mpa 是 Q235 钢的抗弯强度。
所以，设计选取的焊缝宽度满足要
求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。
6.控制器
太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。
基本功能必须具备过充保
护、过放保护、光控、时控与防反接等。
蓄电池防过充、过放保护电压一般参
数如表
1）当蓄电池电压达到设定值后就改变电路的状态。
在选用器件上，目前有
采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客
户群的需求特点选定相应的方案，在此不一一详述。
2）表面处理。
该系列产品采用静电涂装新技术，以 FP 专业建材涂料为主，
可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求，同时产品自洁性高、抗
蚀性强，耐老化，适用于任何气候环境。
加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装，
使产品性能大大提高，达到了最严格的 AAMA2605.2005 的要求，其它指标均已
达到或超过 GB 的相关要求。
7.总结
北京天柱阳光太阳能自主研发生产太阳能 LED 路灯、太阳能路灯、太阳能
风能互补路灯。
在设计--研发--生产太阳能 LED 路灯方面突破了太阳能路灯常
见的三大问题（功率高，LED 光衰快，无功耗输出多）等严重影响路灯造价与
效率的问题。
大大减少了成本，增长了使用寿命。
更久远的售后服务与质保使
太阳能路灯的推广工作，节约能源事业进一步发展。
以下是本公司太阳能路灯
方面的设计方案：
整体设计基本上考虑到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型
设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方法，设计思想比较科学；
抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表面处理采用
了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环
节之间匹配性较好。
目前天柱阳光太阳能 LED 照明的投资成本问题仍然是困扰
我们大面积扩广的一个主要问题。
但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格
会逐渐降低，同样地市场上 LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。
与光合
太阳能的可再生、清洁无污染以及 LED 的环保节能相比，常规化石能源日趋紧
张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。
所以，河北沐天太阳能 LED
照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的
前景。
太阳能路灯设计中配置常规计算
随着传统能源的日益紧缺，太阳能的应用将会越来越广泛，尤其太阳能发
电领域在短短的数年时间内已发展成为成熟的朝阳产业。
1：
目前制约太阳能发电应用的最重要环节之一是价格，以一盏双路的太阳
能路灯为例，两路负载共为 60 瓦，（以长江中下游地区有效光照 4.5h/天、每
夜放电 7 小时、增加电池板 20％预留额计算）其电池板就需要 160W 左右，按
每瓦 30 元计算，电池板的费用就要 4800 元，再加上 180AH 左右的蓄电池组费
用也在 1800 左右，整个路灯一次性投入成本大大高于市电路灯，造成了太阳能
路灯应用领域的主要瓶颈。
2：
蓄电池的使用寿命也应该考虑在整个路灯系统应用中，一般的蓄电池保
修三年或五年，但一般的蓄电池在一年、甚至半年以后就会出现充电不满的情
况，有些实际充电率有可能下降到 50％左右，这必将影响连续阴雨天时期的夜
间正常照明，所以选择一款较好的蓄电池尤为重要。
3：
一些工程商常选用 LED 灯做为太阳能路灯的照明，但是 LED 灯的质量层
差不齐，光衰严重的 LED 半年就有可能衰减 50％光照度。
所以一定要选择光衰
较慢的 LED 灯，或者选用无极灯、低压钠灯等。
4：
控制器的选择往往也是被工程商忽略的一个问题，控制器的质量层差不
齐，12V/10A 的控制器市场价格在 100-200 元不等，虽然是整个路灯系统中价
值最小的部分，但它却是非常重要的一个环节。
控制器的好坏直接影响到太阳
能路灯系统的组件寿命以及整个系统的采购成本，一：
应该选择功耗较低的控
制器，控制器 24 小时不间断工作，如其自身功耗较大，则会消耗部分电能,最
好选择功耗在 1 毫安（MA）以下的控制器。
二：
要选择充电效率高的控制器，
具有 MCT 充电模式的控制器能自动追踪电池板的最大电流，尤其在冬季或光照
不足的时期，MCT 充电模式比其他高出 20％左右的效率。
三：
应选择具有两路
调节功率的控制器，具有功率调节的控制器已被广泛推广，在夜间行人稀少时
段可以自动关闭一路或两路照明，节约用电，还可以针对 LED 灯进行功率调节。
除选择以上节电功能外，还应该注重控制器对蓄电池等组件的保护功能，像具
有涓流充电模式的控制器就可以很好的保护蓄电池，增加蓄电池的寿命，另外
设置控制器欠压保护值时，尽量把欠压保护值调在 ≥ 11.1V ，防止蓄电池过
放。
5：
距离市区较远的地方还应该注意防盗工作，很多工程商因为施工疏忽，
没有进行有效的防盗，导致蓄电池、电池板等组件被盗，不仅影响了正常照明，
也造成了不必要的财产损失。
目前工程案例中被盗居多为蓄电池，蓄电池埋于
地下用水泥浇筑是一种有效防盗措施，在灯杆上加装蓄电池箱的最好将其进行
焊接加固。
6:
控制器的防水，控制器一般装于灯罩、电池箱中，一般也不会进水，但
在实际工程案例中控制器端子的连接线往往因为雨水顺着连接线流入控制器造
成短路。
所以在施工时应该注意将内部连接线弯成“U”字型并固型，外部连接
线也可以固定为“U”型，这样雨水就无法淋入造成控制器短路，另外还可在内
外线接口处涂抹防水胶。
7：
在众多太阳能路灯实际应用中，很多地方的太阳能路灯不能满足正常照
明需要，尤其在阴雨天更为突出，除使用了质量较差的相关组件外，另一个主
要的原因就是一味降低组件成本，不按需求设计配置，减小电池板和蓄电池的
使用标准，所以导致在阴雨天路灯无法提供照明。
太阳能电池板和蓄电池配置计算公式
以下提供太阳能电池板和蓄电池配置计算公式：
一：
首先计算出电流
如：
12V 蓄电池系统； 30W 的灯 2 只，共 60 瓦。
电流 ＝ 60W÷12V
＝ 5 A 。
二：
计算出蓄电池容量需求
如：
路灯每夜累计照明时间需要为满负载 7 小时（h）；（如晚上 8：
00
开启，夜 11：
30 关闭 1 路，凌晨 4：
30 开启 2 路，凌晨 5：
30 关闭）， 需要
满足连续阴雨天 5 天的照明需求。
（5 天另加阴雨天前一夜的照明，计 6 天）
蓄电池 ＝ 5A × 7h ×（ 5＋1）天 ＝ 5A × 42h ＝210 AH ， 另外为
了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到 90％左右；放电余留 20％左右。
所以 210AH 也只是应用中真正标准的 70％左右。
三：
计算出电池板的需求峰值（WP）
路灯每夜累计照明时间需要为 7 小时（h）； ★：
电池板平均每天接
受有效光照时间为 4.5 小时（h）；
最少放宽对电池板需求 20％的预留额。
WP÷17.4V ＝ （5A × 7h
× 120％）÷ 4.5h ，
WP÷17.4V ＝ 9.33 ， WP ＝ 162（W） ，★ ：
4.5h 每天光照时间为
长江中下游附近地区日照系数。
另外在太阳能路灯组件中，线损、控制器的损耗、及镇流器或恒流源的功
耗各有不同，实际应用中可能在 5％-25％左右。
所以 162W 也只是理论值，根
据实际情况需要有所增加。
太阳能路灯方案
相关组件选择
24VLED：
选择 LED 照明，LED 灯使用寿命长，光照柔和，价格合理，可以
在夜间行人稀少时段实现功率调节，有利于节电，从而可以减少电池板的配置，
节约成本。
每瓦 80-105lm 左右，光衰小于年≤5％；
12V 蓄电池（串 24V）：
选择铅酸免维护蓄电池，价格适中，性能稳定，
太阳能路灯首选；
12V 电池板（串 24V）：
转换率 15％以上单晶正片；
24V 控制器：
MCT 充电方式、带调功功能（另附资料）；
6M 灯杆（以造型美观，耐用、价格便宜为主）
一、40 瓦备选方案配置一（常规）
1、 LED 灯，单路、40W，24V 系统；
2、当地日均有效光照以 4h 计算；
3、每日放电时间 10 小时，（以晚 7 点－晨 5 点 为例）
4、满足连续阴雨天 5 天（另加阴雨前一夜的用电，计 6 天）。
电流 ＝ 40W÷24V ＝1.67 A
计算蓄电池 ＝ 1.67A × 10h ×（5＋1）天
＝ 1.67A × 60h＝100 AH
蓄电池充、放电预留 20％容量；路灯的实际电流在 2A 以上（加 20％
损耗，包括恒流源、线损等）
实际蓄电池需求＝100AH 加 20％预留容量、再加 20％损耗
100AH ÷ 80% × 120% ＝ 150AH
实际蓄电池为 24V /150AH，需要两组 12V 蓄电池共计：
300AH
计算电池板
1、 LED 灯 40W、 电流：
1.67A
2、每日放电时间 10 小时（以晚 7 点－晨 5 点 为例）
3、电池板预留最少 20％
4、当地有效光照以日均 4h 计算
WP÷17.4V ＝（1.67A × 10h × 120％）÷ 4 h ， WP ＝ 87W ，
实际恒流源损耗、线损等综合损耗在 20％左右
电池板实际需求＝87W × 120％ ＝ 104W
实际电池板需 24V /104W，所以需要两块 12V 电池板共计：
208W
综合组件价格：
正片电池板 208W，31 元/瓦， 计 6448 元
蓄电池 300AH ，7 元/AH 计：
2100 元
40W LED 灯：
计：
1850 元
控制器（只） 150 元
6 米 灯杆 700 元
本套组件总计：
11248 元
二、40 瓦备选方案配置二（带调节功率）
1、 LED 灯，单路、40W，24V 系统。
2、当地日均有效光照以 4h 计算，
3、每日放电时间 10 小时，（以晚 7 点－晨 5 点为例）通过控制器夜间
分时段调节 LED 灯的功率，降低总功耗，实际按每日放电 7 小时计算。
（例一：
晚 7 点至 11 点 100％功率，11 点至凌晨 5 点为 50％功率。
合计：
7h）
（例二：
7：
00－10：
30 为 100％，10：
30－4：
30 为 50％，4：
30－5：
00
为 100％）
4、满足连续阴雨天 5 天（另加阴雨前一夜的用电，计 6 天）。
电流 ＝ 40W÷24V ＝1.67 A
计算蓄电池 ＝ 1.67A × 7h ×（5＋1）天 ＝ 1.67A × 42h ＝70
AH
蓄电池充、放电预留 20％容量；路灯的实际电流在 2A 以上（加 20％损耗，
包括恒流源、线损等）
实际蓄电池需求＝70AH 加 20％预留容量、再加 20％损耗
70AH ÷ 80% × 120% ＝ 105AH ，
实际蓄电池为 24V /105AH，需要两组 12V 蓄电池共计：
210AH 。
计算电池板
1、 LED 灯 40W、 电流：
1.67A
2、每日放电时间 10 小时，调功后实际按 7 小时计算（调功同上蓄电池）
3、电池板预留最少 20％
4、当地有效光照以日均 4h 计算
WP÷17.4V ＝ （1.67A × 7h × 120％）÷ 4 h
WP ＝ 61W
实际恒流源损耗、线损等综合损耗在 20％左右
电池板实际需求＝61W × 120％ ＝ 73W
实际电池板需 24V /73W，所以需要两块 12V 电池板共计：
146W
综合组件价格：
正片电池板 146W，
蓄电池 210AH
40W LED 灯：
控制器（只）
6 米灯杆
三、40 瓦备选方案三（带调节功率、带恒流）
采用自带恒流、恒压、调功一体控制器降低系统功耗、降低组件成本。
（实际降低系统总损耗 20％左右，以下以 15％计算）
1、 LED 灯，单路、40W，24V 系统。
2、当地日均有效光照以 4h 计算，
3、每日放电时间 10 小时，（以晚 7 点－晨 5 点为例）通过控制器夜间
分时段调节 LED 灯的功率，降低总功耗，实际按每日放电 7 小时计算。
（例一：
晚 7 点至 11 点 100％功率，11 点至凌晨 5 点为 50％功率。
合计：
7h）
（例二：
7：
00－10：
30 为 100％，10：
30－4：
30 为 50％，4：
30－5：
00
为 100％）
4、满足连续阴雨天 5 天（另加阴雨前一夜的用电，计 6 天）。
电流 ＝ 40W÷24V ＝1.67 A
计算蓄电池 ＝ 1.67A × 7h ×（5＋1）天 ＝ 1.67A × 42h
＝70 AH
蓄电池充、放电预留 20％容量；路灯的实际电流小于 1.75A（加 5％线损
等）
实际蓄电池需求＝70AH 加 20％预留容量、再加 5％损耗 70AH ÷ 80% ×
105% ＝ 92AH
实际蓄电池为 24V /92AH，需要两组 12V 蓄电池共计：
184AH
计算电池板
1、LED 灯 40W、 电流：
1.67A
2、每日放电时间 10 小时，实际按 7 小时计算（调功同上蓄电池）
3、电池板预留最少 20％
4、当地有效光照以日均 4h 计算
WP÷17.4V ＝ （1.67A × 7h × 120％）÷ 4 h
WP ＝ 61W
实际线损等综合损耗小于 5％
电池板实际需求＝122W × 105％ ＝ 64W
实际电池板需 24V /64W，所以需要两块 12V 电池板共计：
128W
综合组件价格：
正片电池板 128W，31 元/瓦，计：
3968 元
蓄电池 184AH ，7 元/AH
40W LED 灯：
控制器（只）
6 米灯杆
相关文章
浅谈天柱阳光太阳能路灯的实际应用与配件的选择。
随着传统能源的日益
紧缺，太阳能的应用将会越来越广泛，尤其太阳能发电领域在短短的数年时间
内已发展成为成熟的朝阳产业。
1：
目前制约太阳能发电应用的最重要环节之一是价格，以一盏双路的太阳
能路灯为例，两路负载共为 60 瓦，（以长江中下游地区有效光照 3.5－4.5h/
天、每夜放电 7 小时、增加电池板 20％预留额计算）其电池板就需要 160W 左
右，按每瓦 30 元计算，电池板的费用就要 4800 元，再加上 180AH 左右的蓄电
池组费用也接近 1800 左右，整个路灯一次性投入成本大大高于市电路灯，造成
了太阳能路灯应用领域的主要瓶颈。
2：
蓄电池的使用寿命也应该考虑在整个路灯系统应用中，一般的蓄电池保
修三年或五年，但一般的蓄电池在一年、甚至半年以后就会出现充电不满的情
况，有些实际充电率有可能下降到 50％左右，这必将影响连续阴雨天时期的夜
间正常照明，所以选择一款较好的蓄电池尤为重要。
3：
因为 LED 灯的寿命较长、且可以通过夜间分时段调低功率工作，一般工
程商都会选用 LED 灯做为太阳能路灯的照明，但是 LED 灯的质量层差不齐，光
衰严重的 LED 半年就有可能衰减 50％光照度。
所以一定要选择光衰较慢的 LED
灯，LED 灯最主要的要做好散热与恒流问题，恒流可以通过另加恒流驱动或者
使用控制器恒流，散热就必需依靠铝板来散热，最好是在铝板下面增加铜片或
铜管来更有效的散热，控制好温度，LED 的寿命才会更长。
4：
控制器的选择往往也是被工程商忽略的一个问题，控制器的质量层差不
齐，12V/10A 的控制器市场价格在 100-200 元不等，虽然是整个路灯系统中价
值最小的部分，但它却是非常重要的一个环节。
控制器的好坏直接影响到太阳
能路灯系统的组件寿命以及整个系统的采购成本。
一：
应该选择功耗较低的控制器，控制器 24 小时不间断工作，如其自身功
耗较大，则会消耗部分电能,最好选择功耗在 5 毫安以下的控制器。
二：
要选择充电效率高的控制器，具有 MCT 充电模式的控制器能自动追踪
电池板的最大电流，尤其在冬季或光照不足的时期，MCT 充电模式比其他高出
20％左右的效率。
三：
应选择具有调节功率的控制器，具有功率调节的控制器已被广泛推广，
可以在夜间行人稀少时段自动调低 LED 灯的工作电流，节约用电，同时也节省
了电池板的配置比例。
除选择以上节电功能外，还应该注重控制器对蓄电池等
组件的保护功能，像具有涓流充电模式的控制器就可以很好的保护蓄电池，增
加蓄电池的寿命，另外设置控制器欠压保护值时，尽量把欠压保护值调在 ≥
11.1V ，防止蓄电池过放，蓄电池的过充、过放都会降低使用寿命。
5：
距离市区较远的地方还应该注意防盗工作，很多工程商因为施工疏忽，
没有进行有效的防盗，导致蓄电池、电池板等组件被盗，不仅影响了正常照明，
也造成了不必要的财产损失。
目前工程案例中被盗居多为蓄电池与电池板，蓄
电池埋于地下用水泥浇筑是一种有效防盗措施，并且可以起到恒温的作用。
在
灯杆上加装蓄电池箱的最好将其进行焊接加固，另外蓄电池如果离控制器较远，
一定要加配温度传感线，不然控制器无法探测蓄电池的温度，无法给予相关的
温度补偿。
电池板的被盗主要由于灯杆较低或灯杆周围有攀附物，所以灯杆的
高度最好设计在 5M 以上。
6:
控制器的防水，控制器大都装于灯罩、蓄电池箱中，一般也不会进水，
但在实际工程案例中有些因为安装不当或者有的控制器的电路板没有做三防漆
处理，会因为雨水顺着控制器端子的外接线流入控制器造成短路。
所以在施工
时应该注意将控制器端子内部连接线弯成“U”字型并固型，暴露在外部的连接
线也固定为“U”型，这样雨水就无法淋入造成控制器短路，另外还可在内外线
接口处涂抹防水胶来防水。
7：
在众多太阳能路灯实际应用中，很多地方的太阳能路灯不能满足正常照
明需要，尤其在的连续阴雨天和冬季光照不足时期更为突出，除使用了质量较
差的相关组件外，另一个主要的原因就是一味降低组件成本，不按需求设计配
置，减小电池板和蓄电池的使用标准，所以导致在阴雨天路灯无法提供照明。
以下提供太阳能电池板和蓄电池配置计算公式：
一：
首先计算出电流：
如：
12V 蓄电池系统；30W 的灯 2 只，共 60 瓦。
电流 ＝ 60W÷12V＝ 5 A
二：
计算出蓄电池容量需求：
如：
路灯每夜照明时间 9.5 小时，实际满负载照明为 7 小时（h）；
例一：
1 路 LED 灯
（如晚上 7：
30 开启 100％功率，夜 11：
00 降至 50％功率，凌晨 4：
00 后
再 100％功率，凌晨 5：
00 关闭）
例二：
2 路非 LED 灯 （低压钠灯、无极灯、节能灯、等）
（如晚上 7：
30 两路开启，夜 11：
00 关闭 1 路，凌晨 4：
00 开启 2 路，凌
晨 5：
00 关闭）
需要满足连续阴雨天 5 天的照明需求。
（5 天另加阴雨天前一夜的照明，
计 6 天）
蓄电池 ＝ 5A × 7h ×（ 5＋1）天 ＝ 5A × 42h＝210 AH
另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到 90％左右；放电余留
5％－20％左右。
所以 210AH 也只是应用中真正标准的 70％－85％左右。
另外
还要根据负载的不同，测出实际的损耗，实际的工作电流受恒流源、镇流器、
线损等影响，可能会在 5A 的基础上增加 15％-25％左右。
三：
计算出电池板的需求峰值（WP）：
路灯每夜累计照明时间需要为 7 小时（h）；
★：
电池板平均每天接受有效光照时间为 4.5 小时（h）；
最少放宽对电池板需求 20％的预留额。
WP÷17.4V ＝ （5A × 7h × 120％）÷ 4.5h
WP÷17.4V ＝ 9.33
WP ＝ 162（W）
★ ：
4.5h 每天光照时间为长江中下游附近地区日照系数。
另外在太阳能路灯组件中，线损、控制器的损耗、及镇流器或恒流源的功
耗各有不同，实际应用中可能在 15％-25％左右。
所以 162W 也只是理论值，根
据实际情况需要有所增加。
太阳能路灯控制器
太阳能控制器应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负
载的工作，是光伏系统中非常重要的组件。
使整个太阳能光伏系统高效，安全
的运作。
太阳能路灯控制器主要用于家庭、商业区、工厂、交通、牧区、通信
以等太阳能供电系统。
作为太阳能路灯控制器应该具备以下基本功能:
• 过载保护
• 短路保护
• 反向放电保护
• 极性反接保护
• 雷电保护
• 欠压保护
• 过充保护
• 负载开机恢复设置
太阳能路灯控制器的选择应该注意
一：
应该选择功耗较低的控制器，控制器 24
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