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采用光能和市電互補的太陽能路燈供電優越性分析

編輯:揚州市朗旭照明科技有限公司時間:2019-07-12

在全球經濟還沒有擺脫金融危機的今天,氣候變化亦越來越惡劣,如何降低能耗,減少排放,使用清潔可循環的能源問題,得到各個國家的高度重視,我國新能源產業進入快速發展階段,新技術不斷進步,規模亦不斷擴大,特別是太陽能行業,國內市場普遍應用于:熱水、發電、路燈照明等領域,我們國家為了降低石油和煤炭等不可再生能源的使用,在全國范圍內,針對農村道路照明,全部采用太陽能供電模式,經過幾年的投入,已經在全國范圍內普及開來,但是問題也出現了:①好多農村一年光照時間少于三分之二;②蓄電池壽命短。為此,提出比較可靠的解決方案,提高蓄電池的使用壽命,保證夜間照明效果的可靠。

前言:能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎,在過去,建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體

系極大的推動了人類社會的發展。隨著不可再生的能源急劇減少,各個國家逐漸認識到能源對人類的重要性,更認識到常規能源利用過程中對環境和生態系統的破壞,各國紛紛開始根據國情,治理和緩解已經惡化的環境,并把可再生、無污染、清潔的能源開發和利用放在重要的位置,特別是太陽能使用。為了節約能源,現在國家大力提倡路燈照明采用太陽能作為能源供電方案,由于太陽能路燈一次投入成本較大,給推廣普及帶來了很大難度,國家采用一次性鋪貼的方式給予施工的地方政府予以補助,現在全國各地農村亮化工程已經全面普及開來。

但是,經過幾年的應用效果來看,現在普遍出現二個問題:

第一,由于采用大陽能極板在有陽光的白天發電并存儲在蓄電池,以供夜晚來臨時的照明使用,在我國好多農村地區霧霾和陰天時間占一年的三分一以上的時間,蓄電池儲能低,照明效果達不到要求;第二,蓄電池由于過度充電和放電過程嚴重影響了自身的使用壽命,在 5 年內就必須更換新的蓄電池,有些地方甚至僅僅 3 年就必須更換一批蓄電池,造成資源浪費現象嚴重,同時也影響了農村道路的夜間照明。

2 解決方案

改變原來的供電方案,采用光能和電能相互補充的路燈照明方式,對當前的太陽能路燈照明系統的改進意義深遠。其原理就是以太陽能電池發電為主,以普通 220V 交流電補充電能為輔的路燈照明系統,用此供電方案,光伏電池組和蓄電池容量可以設計得小一些,基本上是當天白天有陽光,當天就用太陽能發電同時給蓄電池充電,到天黑時蓄電池放電把負載LED 點亮。

       在全年基本上都有三分二以上的晴朗天氣的農村,全年就有三分二以上的時間用太陽能作為照明能源,剩余時間用市電補充,既減小了太陽能光伏照明系統的一次性投資,又有著顯著的節能減排效果,是太陽能 LED 路燈照明在現階段推廣和普及的有效方法之一。以往的太陽能路燈是用蓄電池供電的,由于頻繁處于充電、放電循環中,而且會經常發生過充或深度放電等情況,因此蓄電池工作性能和循環壽命成為主要的問題。閥控式密閉型鉛酸電池具有不需要維護、不向空氣中排出氫氣和酸霧、安全性好、價格低等優點,因而被廣泛應用。蓄電池過充電、過放電以及蓄電池環境溫度等都是影響蓄電池壽命的重要因素,所以在控制器中要重點采取保護措施。并且在實際使用過程中,蓄電池的壽命明顯縮短,僅僅使用不到 5 年的時間,換句話說,4 年前安裝的太陽能LED照明系統,全部存在更換蓄電池的問題,如何提高其使用壽命就是一個急待解決的問題。在光能和電能互補路燈照明系統中,是靠太陽能和市電互補控制器對 LED 路燈進行供電的。

       由于太陽光隨天氣變化差別很大,白天太陽光強時,太陽能電池板給蓄電池充電;晚上蓄電池給負載供電。陰天時,負載用電從蓄電池取得,當蓄電池放電電壓降到最低允許限度時,自動轉為市電補給。系統工作時,實時檢測太陽能電池板的輸出電壓、蓄電池的電壓,并根據各個電壓值的不同狀況,控制太陽能電池對蓄電池充電與否,并根據設定的路燈時控或光控方式,控制 LED 路燈是否點亮,以及點亮時供電方式在蓄電池和市電之間的合理切換。如何判斷天氣的好壞 ? 如何判斷是使用蓄電池供電還是采用市電供電?這就需要一個合理的控制切換裝置來實施,首先對電池的充電電壓和放電電壓做到及時跟蹤,及時判斷出太陽光線充足的日子里,在太陽落山后,蓄電池的蓄電情況:電壓和瓦上是否達到夜晚使用標準?

       另外,在太陽光線不足的日子里,也要及時準確判斷出蓄電池充電情況:電壓和電流及功率等參數,當蓄電池供電電壓低到規定值時,必須及時切換成市電供電,確保路燈夜間照明效果。采用光電互補技術,既能提高可靠性,又能降低成本,是目前解決太陽能 LED 路燈照明的最佳選擇,并根據 LED 路燈負載計算了蓄電池容量和太陽能電池板容量的匹配關系。太陽能路燈控制器利用蓄電池放電率特性修正的準確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點,消除了單純的電壓控制過放的不準確性,符合蓄電池固有的特性,即不同的放電率具有不同的終了電壓。采用串聯式 PWM 充電主電路,使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半,充電效率較非 PWM 高 3%-6%,增加了用電時間。同時使用了晶振定時控制,定時控制精確。取消了電位器調整控制設定點,而利用了 Flash 存儲器記錄各工作控制點,使設置數字化,消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現誤差降低準確性、可靠性的因素使用了數字 LED 顯示及設置,一鍵式操作即可完成所有設置,使用極其方便直觀。

3 應用實例

大連綠島機電自動化有限公司,自 2009 年至今在大連長興島國家經濟開發區交流島社區陸續安裝了幾百臺普通太陽能路燈,近幾年陸續更換上百塊蓄電池,主要的問題還是蓄電池無法正常工作,部分農村地區,常年霧霾陰天,太陽能路燈緊靠太陽能極板已經無法保證夜間的照明,經過與當地主管部門商議,對部分地區的太陽能路燈進行改造,采用光能和電能互補供電模式,改造完成至今,原來太陽能極板沒有更換,增加了蓄電池電壓和電流檢測原件,根據電壓的和功率的大小,自動切換太陽能和市電,無論是晴天還是陰天,夜晚的照明效果都得了改善,運行至今,無一例更換。

4 結語

本方案的提出是根據我們公司在多年太陽能路燈及市電路燈施工維護中,發現的一些問題,為此,提出自己的一些想法,相信會一定的指導意義。傳統的太陽能 LED 控制器沒有考慮蓄電池壽命這個主要問題,對過度充電和過度放電沒有采用實時、有效的控制,特別是在陰天的時候主要靠蓄電池放電來保證照明,大大的增加了蓄電池的負擔,同時又缺少檢測和保護環節,降低了使用壽命,采用光能和電能相互補充的方式以及合理的控制蓄電池的過度使用問題,將在實際應用中得到很好的推廣。


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