太陽能路燈裝置由于零電費、無安全隱患（LED路燈為12V、24V低電壓供電），零排放、安裝簡便等優勢大量應用于各種照明場所。影響太陽能路燈裝置使用的因素很多，如太陽能資源分布情況、蓄電池及光伏組件參數規格、氣象條件、照明場所周邊環境等。

1.前言

太陽能路燈裝置是一種由太陽能光伏發電供電的道路照明裝置，由于太陽能光伏發電為白天發電，晚上供路燈用電的特性，以及陰雨天等不利因素導致太陽能資源的不穩定性，需設置蓄電池，保證路燈用電的可靠性。本文針對采用太陽能路燈裝置的工程，分析道路照明設計中遇到的各種問題。

2.系統配置計算

太陽能路燈裝置照明系統的計算與傳統道路照明的計算主要區別是供電方案不同，其他需要計算設計的內容一致，包括光源選擇、路燈布置方式、燈具安裝高度、路面照度、路面亮度、眩光限制閾值增量最大初始值、環境比最小值、照明功率密度等的計算。傳統道路照明供電方式采用箱式變電站供電，太陽能路燈裝置照明采用太陽能發電給路燈供電。

這種一體式的太陽能路燈，太陽能板和燈具做成一體，看著是精致了不少，但是太陽能板面積會受燈具大小的影響，在路上看到路燈沒覺得多大，下圖工廠中路燈放在桌面上還是挺大的。

本文僅對太陽能路燈裝置太陽能光伏發電系統進行計算分析，參考文獻《太陽能光伏照明手冊》給出的計算公式，首先通過當地氣象資料測定的傾斜面的上年輻照總量計算出峰值日照時間，然后結合已知的負載功率、光源工作時間計算出在當地太陽輻照量條件下，負載正常工作所需的太陽能板容量，其次結合負載功率、負載日工作時間、存儲天數、放電深度、系統電壓計算出所需蓄電池容量，其中存儲天數考慮了陰雨天太陽板發電量不足的情況。

2.1峰值日照時間的計算

2.2系統電壓的確定

太陽能路燈光源通常采用LED光源，直流輸入電壓作為系統電壓，一般為12V或24V，特殊情況下也可以選擇交流負載，如高壓鈉燈光源。

2.3太陽能光伏組件的容量計算

2.4蓄電池容量計算

3.太陽能路燈裝置照明系統設計原則

3.1太陽能資源條件

太陽能路燈裝置適用于年度太陽能輻射總量不小于5 000 MJ/(㎡·a)的地區。

3.2持續放電能力

①蓄電池在充滿的狀態下,在連續3~n(廠家根據應用區域條件設定上限n)個無風、陰、雨、沙、塵、雪天內，應確保每天均能夠提供正常照明。②在持續n個陰雨天的情況下,蓄電池的蓄電量需能維持(n+1)天。③蓄電池的放電深度不應大于75%

4.太陽能資源對大功率太陽能路燈裝置應用的影響分析

按接受太陽能輻射量的大小，全國大致上可分為五類地區：

一類 、二類、三類地區，年日照時數大于2000h,輻射總量高于5000MJ/（㎡·a）,是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區，面積較大，約占全國總面積的2/3以上，具有利用太陽能的良好條件。

《風光互補路燈裝置》JG/T 547—2018對風光互補路燈裝置的適用條件做了明確規定“5.1.1太陽能路燈裝置適用于年度太陽能輻射總量不小于5000 MJ/(㎡·a)的地區?！庇杀? 可以看出太陽能輻射總量不小于5000 MJ/(㎡·a)的地區為一類、二類、三類地區。

5.太陽能路燈裝置設計中主要問題

5.1太陽能光伏組件參數規格的影響分析

目前市場上太陽能光伏組件參數規格眾多，經多方比選廠商資料，了解太陽能光伏組件工程應用情況，由于光伏板自身重量、體積、安裝角度等限制影響，目前應用的成功案例太陽能路燈裝置中太陽能光伏組件最大容量為150W，尺寸為1.4m（長）×0.67m（寬）左右，重量10.2kg，單套路燈最多可架設4塊，即600W。因此，大功率太陽能路燈裝置太陽能板容量WP不宜大于600W。

在太陽能光伏組件最大容量4×150W的前提下，依據公式（1）和公式（2）計算得出各類地區峰值日照時間和理論最大負載功率，此負載功率為考慮光衰后的功率,見表2。其中，光源日全功率工作時間按8小時計算（前4小時全功率，后8小時半功率，折合全功率工作時間為8小時）。因此在太陽能路燈裝置照明系統設計中，根據不同地區，光源日照全功率8小時的條件下，負載功率理論值不應大于表2所示。具體設計時應以當地氣象部門提供的日照氣象資料作為具體設計依據。

《風光互補路燈裝置》JG/T 547—2018對風光互補路燈裝置的適用條件做了明確規定“5.1.1太陽能路燈裝置適用于年度太陽能輻射總量不小于5000 MJ/(㎡·a)的地區?！钡珡谋?可以看出，在四、五類地區雖然太陽能資源條件較差，但仍有一定的利用價值。上面說的還是比較樂觀，都是理論上的可行性，查表1天津應該算是二類地區，可是經手的多個項目，都廢棄了項目建議書階段的太陽能路燈的方案，說明天津地區太陽能路燈光電轉換效率并不高，經?？梢钥吹教柲苈窡艏友b電源電纜的情況。

5.2蓄電池參數規格的影響分析

閥控式密封鉛酸（VRLA）蓄電池由于其結構簡單，價格便宜，內阻小，使用中不需要維護，可3~4年不需補加蒸餾水，極樁腐蝕極少，自放電少等優點在太陽能路燈中得到了普遍的使用。但其也有體積大、重量大，廢棄處理存在污染環境的風險，放電過深對電池有害等缺點?！秲δ苡勉U酸蓄電池》GB/T 22473—2008規定額定電壓為12V的鉛酸蓄電池10小時額定容量最大為200Ah，最大外形尺寸為521mm×（長）278mm（寬）×270mm（總高）。

近年來磷酸鐵鋰電池在太陽能路燈中應用凸顯。其最大的優點是比能量（Wh/kg）遠遠高于鉛酸電池，因此體積、質量均比鉛酸電池小，且無記憶性，無有害物質。但其價格相對鉛酸電池高昂。太陽能路燈裝置計算蓄電池容量應充分考慮容量上限和外形尺寸。若采用閥控式密封鉛酸（VRLA）蓄電池，由于其重量及體積較大，掛桿難度大，一般采用埋地安裝，對于南方城市地下水位高，潮濕的情況，應充分考慮防水問題。資金充分的情況下，宜采用磷酸鐵鋰電池，一般采用掛桿安裝。  圖： 鉛酸蓄電池和磷酸鐵鋰電池

5.3其他影響要求

太陽能路燈裝置所需的大面積太陽能光伏組件以及大容量蓄電池掛桿安裝的情況下，由于自身荷載和抗風影響，對燈桿強度和路燈基礎有較高的要求，需嚴謹計算。太陽能路燈裝置的大面積太陽能光伏組件以及大容量蓄電池掛桿安裝的情況下，對路燈基礎的要求也高，傳統路燈基礎無法滿足要求。若大容量蓄電池掛桿安裝，對路燈基礎要求則更高。過大的路燈基礎會提高工程造價，施工難度也相應增加。若埋地安裝，則需要一定的地下空間，且不能有地埋電纜和管道通過。

太陽能路燈裝置的應用還應考慮道路環境情況，如道路綠化樹木樹枝樹葉對太陽能板的遮擋，以及后期道路兩側是否有高層建筑對太陽能板的遮擋等，均會導致光太陽能板發電量降低，達不到路燈所需用電量要求。架空線纜也不應經過太陽能板。若有遮擋樹木遮擋，應合理布置路燈位置，采取支撐太陽能板的懸挑延展等方式躲避樹木遮擋。

6.風光互補路燈及光電互補路燈

風光互補發電系統是一種風能和光能轉化為電能的裝置，風光互補太陽能路燈工作原理是利用自然風作為動力，風輪吸收風的能量，帶動風力發電機旋轉，把風能轉變為電能，經過控制器的整流，穩壓作用，把交流電轉換為直流電，向蓄電池組充電并儲存電能。利用光伏效應將太陽能直接轉化為直流電，供負載使用或者貯存于蓄電池內備用。

風光互補型路燈結構由太陽能電池組件、風機、太陽能大功率LED燈具、光伏控制系統、風機控制系統、太陽能專用免維護蓄電池等部件組成，還包括太陽能電池組件支架、風機附件，燈桿，預埋件，蓄電池地埋箱等配件。

風力發電機是將自然的風轉換成電能的設施，將電能送到蓄電池中存儲起來，它和太陽能電池板配合共同為路燈提供能源。根據光源的功率不同，使用的風力發電機的功率也不同，一般有200W、300W、400W、600W等。輸出的電壓也有12V、24V、36V等若干種。

風光互補系統也就比太陽能路燈增加了風機相關設備，比太陽能路燈可靠性高一些。根據廠家資料，當風力達到年均風速2.5m/s時，才適合使用風光互補太陽能路燈。所以風力和太陽能都是靠天賞臉的能源，當地沒有就不要強求。

光電互補路燈照明系統是在利用太陽能基礎上加上市電補充系統，目的是擴大新型照明系統的適用范圍，不僅可以將風光互補系統應用在主干道上，也可以使用功率超過100W的光源，例如深圳市前海路，使用COSMO DC24V/90W+Elite-CDM AC220V/210W，市電于0點關閉，替代原有鈉燈250W+400W，節電65%以上；濱河大道使用COSMO DC24V/140W+Elite-CDM AC220V/315W，市電于0點關閉，替代原有鈉燈400W+金鹵燈400W，節電65%以上。