摘 要：电力能源已经是清洁能源，太阳能源却比电力能源更清洁且取不尽用不竭,因此这种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，太阳能灯具产品在环保节能的双重优势得到了更好的体现，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。但是，这种灯的应用也有局限性，需因地制宜的进行运用。
关键词：太阳能、电源、路灯
一、太阳能电源互补路灯
太阳能电源互补路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多，主要表现在控制系统环节。
太阳能灯具系统为直流型独立光伏系统。太阳能电池组件将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，并将电能转变为化学能储存在蓄电池中。当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，或者通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用。只有当长时间无光照以致电池中的电能用完时，这个装置才停止工作。由于电池的储电量是有限的，因此，为保证长期无光照时灯具正常工作，需加电源辅助系统。
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。电源辅助部分有：电源端、继电器切换版组成。
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充足、日照好的中西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。单晶硅的光电转换效率为14％～16％，多晶硅为10％～12％。
太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制MOSFET器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作，一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择需遵循以下原则：首先，在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来；同时，还要能够存储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够满足夜晚照明的需要，容量过大，蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压19%～30%，才能保证给蓄电池正常输电。蓄电池容量必须比负载日耗量高5倍以上为宜。
太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要前提。太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED等光源。其中低压节能灯功率小，光效较高，但使用寿命2000小时，灯管易发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯；低压钠灯光效高（可达200Lm/w），但需逆变器，低压钠灯价格贵，整个系统造高，采用较少；无极灯光效较高，可在普通市电条件下使用，但在太阳能灯具上使用寿命大大减少，因为大多数逆变器采用PWM调制技术实现电源逆变，故逆变器输出电源的频率、项位、电压都是不能和普通市电相比的；LED光源，寿命长，工作电压低，无需逆变器，光效较高，随着技术进步，LED的性能将进一步提高。因此， LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。
灯杆布置及灯具选择应符合《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）的相关要求，即快速路、主干路平均照度20/301x，均匀度0.35，支路平均照度8/101x，均匀度0.3。由于LED功率偏小，为30~100w，光效50~80Lm/W，实现道路平均照度较低。通过测试，杆高8.5米，间距30米，光源2×50WLED灯，灯下照度19lx，两灯之间11lx，最暗处3.5lx。以上数把为新安装灯具的初始照度值，由于灯具在长期使用的条件下存在光衰等因素，故其只能满足次干路、支路上相关照度要求，快速路、主干路慎用。LED路灯每天的工作时间应于一般路灯的工作时间相同，设计时应考虑冬天日照时间短时而开灯时间长的状况，其工作时间应能在12小时之上。由于LED灯受天气影响较大，如遇连续阴雨天就使LED灯缺乏电能而无法使用。国家现无规范对LED路灯在低辐照度（连续阴雨天）情况，允许最少工作时间没有做出规定，现一般根据灯具厂家和当地的气象情况，应在低幅照度（连续阴雨天）工作状况下工作在15~20天。在设计时应充分考虑太阳能电池板及蓄电池的容量。
LED路灯的工作电压一般为12V或24V，属安全电压，不做电气保护接地。但LED路灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻不大于10欧姆。
太阳能路灯控制器主要是基于单片机的控制系统，对12V和24V蓄电池可以实现自动识别,能实现对蓄电池的科学管理,能指示蓄电池过压、欠压等运行状态，可以随意设置定时等多种工作模式，同时对负载的过流、短路具有保护等功能，有较高的自动化和智能化程度。
二、太阳能路灯互补电路控制系统
太阳能路灯控制系统由主控制线路、太阳能电池板、蓄电池充放电器、蓄电池组、LED光源驱动和LED灯、电源互补电路等几部分组成。
在图1中主控系统对蓄电池、太阳能电池组电压采集，实现蓄电池开路保护、过充保护等。当太阳能电路出现保护时且又在夜间，那么路灯将自动切换为电源状态，保证正常的工作。电源切换主要原理是：当主控制电路得到信号蓄电池有电，且满足驱动LED要求时关闭切换电路，控制LED驱动器驱动LED灯。当主控电路检测到蓄电池电压降至不能驱动LED灯时，此时LED驱动器由辅助电源供电。
控制系统的蓄电池具有开路保护、过充保护。若在太阳能电池正常充电时，蓄电池发生开路，控制器将关断负载，以保证负载不被损伤，若在夜间或太阳能电池不充电时，控制器由电源供电，切断充电与蓄电池供电系统。充电电压高于保护电压（15V）时，自动关断对蓄电池的充电；当电压掉至维护电压（13.2V）时，蓄电池进入浮充状态，当低于维护电压（13.2V）后浮充关闭，静茹均匀状态。当蓄电池电压低于保护电压（11V）时控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。
随着太阳能光伏产业及LED灯具的不断发展，太阳能路灯在中西部及沿海阳光充足的地区得到了应用，体现了良好的节能效果。但是，太阳能路灯有其固有的缺陷，不能一味盲从，需因地制宜，选择合理的技术方案，在满足城市道路照明标准放在第一位，保证合理的亮灯时间及亮灯率，从而实现低耗高效的城市绿色照明。
参考资料：
［1］王君一 徐任学 《太阳能利用》 金盾出版社
［2］沈 辉 曾祖勒 《太阳能光伏发电技术》 化工出版社
［3］克劳特 《太阳能发电：光伏能源系统》 机械工业出版社