太阳能路灯及其制作基本知识.docx
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太阳能路灯及其制作基本知识
一、公司简介
河北沐天太阳能科技发展有限公司成立于2006年，公司立足于高起点、高科技、高质量、高服务的宗旨，充分发挥科技优势，开发了高效率、智能化的光伏照明产品系列并已申获7项国家技术专利。
公司为河北大学，中国地质大学长城学院本科生、研究生教学实习基地，并正在和保定本地各高校技术研发合作，深入开发光伏发电产品技术。
目前公司先后通过了ISO9001:
2008质量管理体系认证、欧盟CE认证、德国TUV莱茵认证，欧盟ROHS认证，承担了国家科技部课题研发项目，为国家商务部光伏照明产品援外项目指定生产商。
公司拥有成熟技术和工程经验，拥有一支专业的技术团队和完善的售后服务体系，能够帮助用户设计独特的整体照明方案，实现个性化的照明。
公司太阳能光伏应用产品销售遍及河北、河南、山东、山西、内蒙古，北京、天津、东北、青海、甘肃、西藏、海南等地。
目前沐天太阳能路灯已经在国内市场有较高的认知度，属于国内客户认可的品牌产品。
二、新能源
1、传统能源
也叫常规能源，属于化石能源，如石油，煤，天然气等。
2、传统能源的储量
石油的储量为10195亿桶，可供开采43年；天然气埋藏量为144万亿立方米，可开采63年；煤炭埋藏量10316亿吨，可开采231年；铀的储量436万吨，可供72年使用。
3、新能源
新能源包括可再生能源和不可再生能源，可再生能源包括可再生能源有风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等等，不可再生能源包括可燃冰等等。
三、光伏产业
1、太阳能综述
太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，其中将地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。
太阳能具有以下特点：
无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；
2、太阳能光伏产业概况（可参阅XX百科光伏产业）
能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速，最近5年太阳电池及组件生产的年平均增长率达到48%，最近5年的年平均增长率达到43％，2012年世界太阳电池产量已达到60.3GWp，其中中国产量占70%，世界第一大光伏电池生产国。
我国于1958年开始研究光伏电池，于1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星上。
我国的目前光伏发电市场目前主要用于新农村太阳能路灯照明、大型并网光伏电站，分布式并网发电系统，光伏离网发电系统。
排名
光伏企业
1
第一太阳能（美国）
2
天合光能（中国）
3
英利新能源（中国）'
4
尚德太阳能电力（中国）
5
挪威可再生能源部（挪威）
6
正泰太阳能（中国）
7
SolibroGmbH（德国）
8
塞维LDK（中国）'
9
SolarFrontier（日本）&
10
SunPower（美国）
3、我国太阳能辐射资源
在我国，西藏西部太阳能资源最丰富，最高达2333KWh/㎡（日辐射量6.4KWh/㎡），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。
图1我国太阳能辐射资源图示
区域划分
丰富区
较丰富区
可利用区
贫乏区
年总辐射量
千焦/厘米2年
≥580
500-580
420-500
≤420
全年日照时数
≥3000H
2400-3000H
1600-2400H
≤1600
地域
内蒙西部、新疆南部
甘肃西部、青藏高原
新疆北部、东北、内蒙东部、华北、陕北、宁夏、甘肃部分、青藏高原东侧、海南、台湾
东北北端、内蒙呼盟、长江下游、两广、福建、贵州部分、云南、河南、陕西
重庆、川、贵、桂、赣部分地区
我国太阳能辐射资源分类
从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/㎡以上，西藏最高达7kWh/㎡。
即使我国太阳能较差的地区，年辐射总量也接近东京（4220MJ/m2），高于伦敦（3640MJ/m2）汉堡（3430MJ/m2）这些世界上太阳能利用较好的城市，
四、太阳能光伏发电设备的构成
图3太阳能光伏发电系统
图4 太阳能照明系统
光伏系统中，分为光伏组件，平衡部件及附件，光伏组件为太阳能发电系统的核心部分，平衡部件主要包括逆变器、控制器、蓄电池。
在光伏系统平衡部件方面，中国在蓄电池方面的技术水平和产品质量并不逊于国外，在控制器和逆变器方面与国际水平相比有一定的差距，主要表现在产业规模、产品的可靠性和功能上。
（一）、光伏组件
图5太阳能电池组件的生产流程
概念：
太阳能电池（光伏组件）输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：
欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。
1、单晶硅
目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为16%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达20年，最高可达25年。
2、多晶硅
多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要偏低，其光电转换效率约14％左右，从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。
此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池略短。
3、非晶硅与薄膜电池
非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。
但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。
目前薄膜光伏电池按材料可分三类：
硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池、染料敏化的光化学光伏电池。
其中硅基薄膜电池主要包括：
非晶硅薄膜、微晶体硅薄膜、多晶体硅薄膜。
虽然薄膜电池在国际商品化光伏电池生产中所占的比例很小，但高效率电池最终要走薄膜技术路线。
采用多薄层、多p-n结的结构形式的薄膜电池，可实现40%~50%以上的光电转换效率。
光伏组件的热岛效应：
光伏组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被树叶等遮挡物长时间遮挡，被遮挡的单片太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，甚至会造成整个光伏组件的损坏，这就是所谓的热岛效应。
为了防止热岛效应，一般是将光伏组件倾斜放置，是光伏组件表面不能附着遮挡物。
（二）、蓄电池
概念：
安时数代表电池容量的大小。
电池的额定容量指25℃，以恒定电流放电20小时至终止电压（1.75V/单格）,该电流的20倍即为电池的容量（20小时率）。
以恒定电流放电10小时至终止电压（1.75V/单格）,该电流的10倍即为电池的容量（10小时率）。
1、铅酸蓄电池：
适用温度范围小，使用寿命短，尤其是低温情况下，性能低于胶体蓄电池。
2、胶体蓄电池
严格来说，也是属于铅酸蓄电池，只不过是在硫酸电解液中加了凝胶剂，他的优点是适用温度范围宽，使用寿命长，尤其是在低温情况下有优势（-25度-60度）。
3、其他蓄电池：
镍氢蓄电池，镍镉蓄电池，锂电池、钒电池等。
蓄电池的容量选择原则：
选择蓄电池容量的一半原则，首先够满足夜晚照明要求，并把白天光伏组件产生的能量尽量储存下来，同时还能满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。
蓄电池容量过小不能满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，蓄电池长期处在亏电状态，缩短蓄电池寿命，同时也浪费不必要的投资。
（三）、控制器：
一般说来，控制器是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光伏系统的整体寿命、利用效率以及系统的稳定性。
1、控制器可以自动识别12V系统和24V系统，将光伏组件发电更有效地为蓄电池充电。
2、光伏组件可以控制系统的开启和关闭。
当天黑时，控制器关闭光伏组件充电电路，开启光源照明电路，光源开始照明工作。
当设定时间时，控制器可以调制放电功率，令照明光源在按照一定百分比的功率放电（减功率）。
当设定时间时，控制器可以关闭放电电路（时控）。
当天亮时，控制器关闭光源照明电路（光控），开启光伏组件充电电路，开始了新的轮循环。
控制器可以设置为天黑按照一定的设置模式运行一段时间后关闭电路，天亮前设定时间开启照明，直至天亮后关闭照明（晨亮功能）
控制器可以根据白天的充电情况以及蓄电池的电压情况调整夜晚光源照明输出电流，以延长蓄电池在阴雨天气下使用的时间。
3、控制器具有所需要的各种保护功能：
过充保护：
当光伏组件为蓄电池充电达到一定电压时（12V电池的保护电压为14V），控制器停止光伏组件的充电。
过放保护：
当蓄电池容量不足于一定电压（12V蓄电池的保护电压为10.8V）时，控制器停止照明光源的工作。
其他保护：
反接保护，蓄电池反接保护，LED短路保护、开路保护，防雷保护，温度补偿等
4、控制器集成了LED光源电路所需要的恒流功能。
（四）、LED光源
目前我们采用的照明光源主要为LED光源，单颗芯片LED的工作电压为2.8-3.2V。
LED按照芯片尺寸分为11u13u15u45u50u等，一般我们将15u以下的统称为小功率LED，45u以上的统称为大功率LED。
另有一种是将若干芯片集成在一个封装里，可以做成10W-100W的集成芯片。
LED在使用中应注意良好的散热条件，散热条件的好坏，将直接影响LED的使用寿命和光衰情况，设计要求LED的节点温度不能大于65oC，所以，在我们使用大功率LED时，必须考虑到散热设计，使用铝基电路板作为散热基板，在铝基电路板背后要加上散热片，当LED光源功率大于35W时，为了更好地散热，我们一般采用铸铝灯头，使散热器件可以开放地直接将热量释放到空气中。
目前我们常使用的LED芯片有普瑞，晶元品牌，这些都是行业内常用的比较好的品牌。
世界上公认的顶级品牌为美国CREE品牌，当然市场上也有很多假的CREE鱼目混珠。
（五）、灯杆
作为太阳能路灯的支撑，一般灯杆根据造型和用途分为路灯、庭院灯、景观灯（参见公司产品图册），
太阳能路灯的灯杆设计参数一般有，1、款式，2、上口口径（mm），3、下口口径（mm），4、灯杆高度（米），5、壁厚（mm），6、法兰尺寸（长*宽*厚度mm），灯臂长度（mm），7、地脚（预埋件、地笼）对角距（mm），8、地脚（预埋件、地笼）螺栓直径（mm），9、地脚长度（mm）等。
庭院灯的上口径76，下口径140；上壁厚为2，下壁厚为2.5.
灯杆尺寸规格表
高度
上口径
下口径
壁厚
法兰盘规格
螺栓规格
3米（MT）
76
140（1米）
2/2.5
240*240*10
14*60
3.5米（MT）
76
140（1米）
2/2.5
240*240*10
14*60
4米
（MT）
76
140（1米）
2/2.5
240*240*10
14*60
4.5米
60
114
3
260*260*10
16*60
5米
60
125
3
260*260*10
16*60
5.5米
60
133
3
260*260*10
16*60
6米
60
133
3
280*280*12
16*60
6.5米
70
148
3
280*280*12
16*60
7米
70
154
3.5
320*320*12
18*60
8米
80
176
4
360*360*14
20*80
9米
90
198
4
380*380*16
22*80
10米
90
210
4
400*400*16
24*80
灯杆的加工工艺一般为锥形灯杆和等径钢管灯杆。
锥形灯杆一般为卷杆机用钢板卷制，中间接缝直缝埋弧焊（LSAW）无缝焊接，等径钢管一般有国家标准尺寸。
灯杆加工过程为根据图纸设计要求剪裁、焊接、打磨焊缝焊口、酸洗、热镀锌、打磨、喷塑、穿线、包装、
五、太阳能路灯基本知识
1、照明的基本概念
名称
符号
单 位
说 明
光通量
Φ
流明（Lm）
光源每秒钟所发出的总和，简单的说就是发光量
光强
I
灯光（Cd）
光的强度，在某一特定方向角内所放射的量
照度
E
勒克斯（Lm/m2）
单位面积内所入射光的量，也就是光束除以面积（m2）所得到的值用来表示某一场所的明亮度
色温
K
开尔文（K）
当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时，“黑体”的温度就成为该光源的色温。
“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成分则越多，而红色的成分则越少。
表2照明基本单位
名 称
说 明
光色
光色实际上就是色温，大致分三类：
暖色<3300K 中间色3300至5300K 日光色>5300K 由于光线中光谱的组成有差别，因此即使光色相同，光的显色性也可能不同
显色性
原则上，人造光线应与自然光相同，使用的肉眼能正确辨别事物的颜色。
当然，这要根据照明的位置和目的而定。
光源对于物体颜色呈现的程度成为显色性，通常叫做“显色指数”（Ra）
光源效率
也就是每一瓦电力所发出的量，其数值越高表示光源的效率愈高，所以对于使用时间较长之场所，如办公室走廊\道路\隧道等，效率通常是一个重要的考虑因素
眩光
视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光。
眩光可以分为失能眩光和不舒适眩光。
眩光是影响照明质量的重要因素
平均寿命
也就是额定寿命，是指50%的灯失效时的寿命
光束角
光束角指的是灯具1/10最大光强之间的夹角
IP防护等级
IP防护等级系统是由IEC所起草。
将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。
IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，
表3照明基本概念
3、道路照明要求
（1）、路灯的布置方式
路灯布置方式有单侧布灯、两侧交叉布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等多种，
路灯布置方式
图例
适用条件
单侧布灯
路面宽度小于9m，或照度要求不高的道路
两侧交叉布灯
路面宽度大于9m，或照度要求较高的道路
两侧相对布灯
同交叉布灯
表5路灯布置方式和适用条件
布灯方式
安装高度h（m）
间距S（m）
单侧布置
h≥1.2Wj
S≤3.5h
交错布置
h≥0.8Wj
S≤3.5h
对称布置
h≥0.6Wj
S≤3.5h
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°
表6路灯安装高度与道路计算宽度
图6 路灯安装高度与道路计算宽度示意图
（2）、道路照明标准（《城市道路照明设计标准》CJJ45-91）
级别
道路类型
亮度
照度
眩光限制
诱导性
平均亮度
Lav（cd/m2）
均匀度
Lmin/Lav
平均照度
Eav（lx）
均匀度
Emin/Eav
Ⅰ
快速路
1.5
0.4
20
0.4
严禁采用非
截光型灯具
很好
Ⅱ
主干路及迎宾路、通
向政府机关和大型
公共建筑的主要道
路、市中心或商业中
心的道路、大型交通枢纽等
1.0
0.35
15
0.35
严禁采用非
截光型灯具
很好
Ⅲ
次干路
0.5
0.35
8
0.35
不得采用非
截光型灯具
好
Ⅳ
支路
0.3
0.3
5
0.3
不宜采用非
截光型灯具
好
Ⅴ
主要供行人和非机
动车通行的居住区
道路和人行道
—
—
1~2
—
采用的灯具
不受限制
—
表7《城市道路照明设计标准》CJJ45-91
常见故障处理方法
1.太阳能板上有电压，但是不能充电，LEDI绿灯不亮检查控制器的太阳能板端接口是否接触可靠
2.充电指示灯LEDI（绿灯）快速闪烁系统电压超压，检查蓄电池是否开路，或者蓄电池是否连接可靠。
或者充电电路损坏
3.负载指示灯LED3（红灯）亮，但是负载不工作检查负载端接线是否可靠
4.负载指示灯LED3（红灯）快速闪烁，而且负载不工作负载短路
5.负载指示灯LED3（红灯）慢闪，而且负载不工作负载功率过大
6.LED2显示红色，而且负载不工作蓄电池电压保护，请充电
7、整灯不亮。
太阳能路灯用于室外照明，常会遇到高温多雨，低温雨雪天气，而太阳能路灯控制器通常安装在灯杆内，容易造成其进水至控制器短路现象。
首先观察控制器的接线端是否有水迹生锈情况，若有极可能控制器已损坏，没有再进行蓄电池电压测量，如12V太阳能路灯供电系统，蓄电池电压低于10.8V则蓄电池已不蓄电，需要更更换。
再检查折天电池板正常工作情况下是否有电压，电流输出。
没有刚电池板损坏，更换电池板。
以上都没问题，就应检查光源，只接给光源供电，看是否点亮，不亮则更换光源。
8、灯头闪烁。
造成这种故障的原因，线路接触不良，蓄电池亏电，储电量严重下降，在线路没问题的情况下，更换蓄电池。
9、亮灯时间短，阴雨天持续时间短。
通常是蓄电池储电能力下降，蓄电足造成。
更换合理的蓄电池即可。
10、太阳能路灯光源不全亮。
很多太阳能路灯采用点阵式LED光源，除LED光源本身质量问题，有些灯珠虚焊将会造成这种情况。
解决方法是更换相应灯珠，焊接牢固或更更换整个路灯头
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