试论太阳能路灯的功能特点及其应用

张 静

（奎屯市市政养护管理处，新疆 奎屯833200）

鉴于人类可持续发展的现状，从现有常规化石能源向清洁能源和可再生能源过渡已被提到议事日程上来了。 利用太阳能发电，既不需要化石燃料，也没有烟尘和废渣，不污染自然环境，而组成太阳能路灯的电池组件，性能稳定，维修费用较低，使用寿命可达20 年以上，真可谓是节能、环保又经济清洁的新能源。太阳辐射能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，在全世界能源短缺、环境污染又日趋严重的今天，充分开发利用太阳辐射能，是世界各国政府可持续发展中重要的能源战略决策，以LED 为代表的太阳能光源，必将成为21 世纪最具竞争力的绿色、环保光源而掀起一场照明领域新的革命。

1 太阳能路灯的功能特点

城市道路照明与人们的生产、生活密切相关。 随着我国城市化进程的加快，绿色、高效、环保、长寿的LED 路灯已逐渐进入人们的生产和生活中；太阳能道路照明灯最大的优点就是，不需要架设输电线路或挖地沟、铺设电缆，不用专人管理和控制，可方便地安装在城市道路、广场、公园、停车场和高速公路等场所。与传统的照明灯具相比，超高亮度LED 照明光源其体积小、重量轻、方向性好，能耐受各种恶劣气候条件，在功耗、使用寿命以及环保等方面有其他光源不可比拟的优越性，再加上太阳能灯具的节能效率和安装、维修简便，必将引领我们走进绿色照明新时代。

太阳能路灯由太阳能电池板、蓄电池、高亮度灯具、控制器等部件组成，正常运行时运动部件极少，基本没有噪声。太阳能路灯控制器中的控制电路，其功能与普通路灯控制器的功能基本相同，都是为了完成天黑亮灯、天亮熄灯的操作，所不同的就是多了一项对蓄电池的充电和放电的管理。 国内外常用的路灯控制器有单独光控器、时钟控制器和经纬型控制器等三种，它们的工作原理不同，各有优缺点，现简单论述如下。

1.1 单独光控器

单独光控器采用感光探头，当天变黑光线较弱时，自动开启路灯；凌晨东方露出鱼肚白时，自动关闭路灯，可达到自动控制之作用。早期的光控开关使用分立式半导体元器件，电路复杂，且故障率较高；随着半导体技术的发展，出现了时基集成电路，使光控开关电路简单化，感光探头便是光控开关的关键元器件。

1.2 时钟控制器

该控制器要预先设定好开关时间，使路灯按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制、节约用电的目的。 其优点是预先设定的开关时间不受外界光线干扰，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，需要设专人去调整开关时间，比如：冬春季天黑较早、天亮较晚；夏秋季天亮较早、天黑较晚；午夜后路上车辆、行人较少，应适当减少亮灯数量，到黎明前再将它们点亮，以利于交通安全和节电。 时钟控制器中的定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型两种：前者以石英钟为主，走时精准，但由于机芯内所使用的塑料齿轮在高温下会变形， 从而导致走时不准甚至停机；后者的定时开关常用LR6818、LM8650 等集成块为中心的电子钟电路， 近几年还出现一种将电子钟电路板与LED 液晶显示器合为一体的集成块，可设置六组开关点，且具有星期功能，许多元器件厂家争相生产该产品，现大多用于路灯控制器中。

1.3 经纬型控制器

经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，天黑时能自动开灯、清晨能自动灭灯。它采纳光控开关控时的优点，克服了光控开关易受外界干扰的缺点，吸取钟控器时间准确之长处，避开了定时开关不会自动变换开关时间之短处。 目前，许多大中城市路灯大多采用这种控制方式，缺点是价格较高。

2 太阳能路灯元器件的功能特点及其应用

在新能源开发中，国内外一致公认技术含量最高、最有发展前景的便是太阳能发电。太阳能发电主要有太阳热能发电和太阳光能发电两种方式。 本文重点论述太阳光能发电。 太阳光能发电就是直接将太阳光能转换成电能的发电方式，可分为光伏发电、光感应发电、光化学发电和光生物发电四种；目前应用最多的光伏发电，是将照射到太阳能电池板上的光所产生的光伏效应直接转换成直流电能输出，其结构一般由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器和支架等部件组成。 光伏发电的缺点是：初始投资成本高；能量密度较底；间歇性发电；受气候条件影响较大 （阴雨天不能发电）； 光伏发电目前主要用于三个方面，即：为无电源场所提供电源；并网发电；制作太阳能电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能灯具（含太阳能路灯）、太阳能热水器等。

2.1 太阳能电池板的基本特性及其应用

为了让太阳能电池板组件在一年中接收到尽可能多的太阳辐射能，安装时要为太阳能电池板组件选择一个最佳倾角。 通过专用模型的计算可得到不同倾角平面的月平均太阳辐照量的变化值，在不同角度的倾斜面上，太阳辐照量差别较大，因此，在安装太阳能电池板组件时，应通过试验选择适合本地的倾角，以使其获得最大的太阳辐照量。

2.2 太阳能蓄电池组的基本特性及其应用

太阳能蓄电池组是太阳能电池板的储能装置，其作用是将电池板在有日照时发出的电能储存起来，在夜间或阴雨天供负载使用。 蓄电池组是由若干蓄电池串并联而成，其容量要求它能在无太阳辐射光的日子里，满足路灯要求的供电时间和供电量需求。 目前国内常用的是铅酸蓄电池，在重要场合也可用镉镍蓄电池，但后者价格较高。蓄电池储存的是化学能，它将直流电能转变为化学能储存起来，需要时再把化学能转变为电能释放出来，可见能量转换过程是可逆的，前者称为蓄电池充电，后者则称为蓄电池放电。 因此，在光伏发电系统中，蓄电池对该系统产生的电能起着储存和调节（释放）作用；由于光伏发电系统的功率输出每天都在变化，在日照不足，或需要维修光伏发电系统时，蓄电池也能提供相对稳定的电能。

2.3 太阳能照明灯具的基本特性及其应用

由于LED 是直流供电器件，很容易被制成直流灯具，广泛应用于直流电系统，如太阳能灯具产品。它有平光型超高亮度LED、单个束光型超高亮度LED 和平光型与束光型超高亮度LED 组合体三种，由于单个束光型超高亮度LED 发光管产生的光线方向性太强， 综合视觉效果较差，因此，应首选平光型超高亮度LED 或平光型与束光型超高亮度LED 组合体，将多个LED 集中在一起，排列组合成有一定规则的LED 发光源，作为太阳能路灯的照明灯具。

2.4 太阳能路灯的过充和过放保护功能

在太阳能路灯应用中， 应注意对其蓄电池过充和过放进行控制。所谓过充控制， 就是在蓄电池处于过充状态时要及时断开充电电路，而过放控制， 就是在蓄电池处于过放状态时要及时断开放电电路，这样做都是为了保护蓄电池并延长其使用寿命。判断过充和过放的依据是蓄电池电压的高低变动：当晴天有太阳光照射时，由太阳能光电板吸收光能经继电器开关常闭点向蓄电池充电， 当蓄电池的电压高于26V 时，蓄电池处于过充状态，继电器开关常闭点断开、常开点闭合，充电电路自动断开，停止向蓄电池充电，实现过充保护功能；夜间由蓄电池向路灯供电， 当蓄电池的电压低于22V 时， 蓄电池处于过放状态，继电器开关由常闭点转到常开点，放电电路自动断开，停止向负载（路灯）供电，实现过放保护功能。