摘 要：本文主要对太阳能光伏路灯各部分元器件及工作原理逐一介绍。由于该项技术较新，文献资料太少，论文中难免存在错误及其他问题。文章受篇幅限止，着重分别介绍太阳能光伏发电、蓄电池、控制器、驱动电路、太阳能路灯设计等五个部分。随着太阳能产业化过程和技术开发的深入，太阳能光伏技术应用前景广阔，将极大地推动我国绿色照明工程的快速发展。希望本文能对一些刚刚接触太阳能光伏路灯的朋友有些帮助。
关键词：城市照明太阳能 光伏发电 应用技术
（一）提高系统的能源利用率
由于太阳能电池的能量转换效率较低，必须采取措施提高电池吸收阳光能量系统中能量的损耗。
1、合理选择太阳能电池板的安装位置与角度。首先电池板必须朝向正南方，倾斜角应考虑与当地全年太阳辐射量的月平均值，并兼顾冬夏两季太阳辐射量的均衡性，以求最大限度地获取太阳能的辐射量。电池受光面方向不应有楼房、树木、广告牌和其他挡光的构筑物等，以免降低电池的受光量。
2、负载应选择光效高的光源和相应电气附件，如LED光源、节能荧光灯、高压钠灯和金卤灯等，以及相应电气附件。
3、系统的元器件选择，应选用损耗低的控制元器件，如压降小的保护用开关、防反充二极管以及比较常用的分压电阻等。
（二）发电量和用电量的匹配与平衡
设计一组太阳能电池供电系统都必须进行发电量和用电量的匹配计算， 以防止系统出现供电不适或供电过剩现象。设计时，为使系统达到最佳匹配，一般应对以下参数进行计算。
1、负载：负载的功率（W）、工作电压（V）、工作电流I和每天工作时间（HL）；
2、控制器和逆变器的额定功率（W）、工作电压V和效率（ηc）。
3、太阳能资源参数：如当地多年太阳辐射量(含年辐射总量、直接辐射与散射辐射量的年月平均值)，日照时数及百分率，历年雨季时间，出现的月份、最长连续阴雨天数等。
根据以上参数，按公式2-1，计算太阳能电池的输出功率Ps值(单位Wp)
Ps= V×I× HL/（Hs×ηc） (2—1)
式中： Ps——太阳能电池的输出功率(符号为Wp)；V——负载工作电压；
I——负载工作电流；HL——负载每天工作时间；
Hs——当地太阳辐射量折合为标准太阳辐射量时，每天的标准日照数；
ηc——控制器与逆变器效率。
在选择蓄电池时，应根据当地最长的连续阴雨天数，按2—2式匹配计算其容量B(单位Ah)
B= I× HL×d/CC (2—2)
式中： I——负载的工作电流；HL——负载每天工作时间；
d——当地最长的连续阴雨天数；CC——蓄电池放电深度；
在考虑系统的发电量与用电量的同时，还需考虑系统各部分的直流电压的匹配。
（三）系统效率的影响因素和修正系数
1、温度的影响。温度升高会使太阳能电池工作电压下降，工作电流略有上升，并使输出功率线性下降；温度上升或下降超过一定限度将会使蓄电池蓄电能力和放电能力明显下降；温度变化还会使控制电路工作点或控制点电压产生漂移等。
2、时间、天气、季节和地理纬度对太阳能电池的影响。如对电池表面透光率的影响等，这些因素对效率的影响都应加以相应的补偿，并用不同修正系数加以描述。在设计太阳能供电系统时,系统的总效率补偿系数K可由8-3-1式计算。
K=αe ×ατ×αη ×αL×αr×αφ×αs×αk (3—1)
式中
αe——太阳辐射量的修正系数；ατ——温度修正系数；
αη—-蓄电池充电效率修正系数；αL——线路损失修正系数；
αr ——天气变化修正系数；αφ—纬度对阳光入射角度变化的修正系数；
αs——积雪修正系数；αk——太阳能电池表面透光率修正系数。
由于上述修正系数受到诸多因素的影响，难以给出确切数值。只能根据经验，k是值一般按0.6～0.8进行修正补偿。经修正后的8-2-1式可写成为：
P＇s＝V×I× HL/（Hs×ηc × k） (3—2)
因此，按修正后的1—4式进行设计，就比较接近太阳能供电系统在某一地区实际运行时的工作状况，并较准确地满足负载连续运行的需要。
（四）设计实例
在桂林某小区内设计一套太阳能步道灯，光源选用20W白光（色温7000k）LED，每天点灯10h，设计连续阴雨天6天，要求计算负载的用电量，太阳能电池的容量(输出功率Wp值)和选用的蓄电池的容量。（桂林市年均辐射量95.7Kcal/cm2，蓄电池放电深度CC取0.7，LED光源工作电压为直流18V。）
1、日耗电量、标准日照数Hs计算。
日耗电量＝20×10＝200(Wh／d)
Hs＝95.7×103×0.0116/365＝3.04（h）
2、太阳能电池组件选择
设控制器和逆变器的综合效率为0.8，总补偿系数K取0.7，按8—1—4式即可算出太阳能电池容量为：
P＇s＝ V×I× HL/（Hs×ηc × k）
＝200／（3.04× 0.8× 0.7）＝117.48(Wp)
可选用两块JJ-60D型太阳能电池组件并联, 作为太阳能步道灯的光伏换能部件，JJ-60D型太阳能电池板的参数如表1所示。
3、蓄电池选择
LED光源的工作电流(I)按下式计算:
I=W/V=20/18=1.11（A）
负载日耗电量 =I×HL=1.11×10=11.1（AH）
假设按六天连续阴雨天计算，则蓄电池放电天数d＝6＋1＝7（连续阴雨天加上前一个晚上蓄电池处于放电状态）由2—2式可计算出蓄电池的容量为：
B = I×HL×d/CC= 1.11×10×（6+1）／0.7＝111(Ah)
可选用SWE241500型胶体蓄电池（24V150AH）。
4、太阳能控制器选择
（1）主要技术参数
太阳能控制器可选用AHW-DCRC101型控制器，主要技术参数表2所示：
（2）结构框图
（五）抗风设计
在太阳能路灯系统中，还有一个非常重要的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为电池组件支架和灯杆的抗风设计。因其属于结构设计范畴，故在此只做简单介绍。
1、太阳能电池组件抗风设计
根据厂家的技术资料，太阳能电池组件的抗风强度为60m/s（1960 Pa）。可抵抗十二级以上台风（风速32.7～36.9 m/s）。因此，主要考虑支架和连接件的机械强度。
2、路灯灯杆的抗风设计
路灯灯杆的抗风设计按以下程序进行：
（1）确定电池板倾角；
（2）风荷载在灯杆破坏面上的作用矩计算
M = F×L（力臂）
最简单的破坏力臂计算方法是按照设计画出图纸，直接测量即得。也可用数学方法求得。破坏力臂求解图如图2所示。
（3）圆环形破坏面的抵抗矩计算
破坏面抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）
式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度（钢管厚度）。
（4）风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W