| HCC超級電容在智能小區(qū)太陽能路燈上的應(yīng)用 |
| 2011-12-22 中國冷鏈物流網(wǎng)（www.snksafetynets.com） |
智能小區(qū)不只是高科技的應(yīng)用，更注重節(jié)能和環(huán)保，本太陽能路燈照明系統(tǒng)在一般太陽能路燈的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化，采用了led 光源和超級電容，充電效率更高，元件壽命更長，比一般太陽能路燈更加節(jié)能和環(huán)保。本太陽能路燈系統(tǒng)主要由光伏電池極板、儲能電池、超級電容器、照明燈具和控制器等幾個部分構(gòu)成。
1 照明燈具及控制方式的設(shè)計(jì)
1.1 照明燈具的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的照明燈具效率低，如白熾燈、鹵鎢燈等，不適合智能建筑節(jié)能理念，各種照明光源的性能比較如表1 所示。白光超高亮度的LED 燈具，光效為45 lm/W，雖然不高，但是發(fā)出的光線都在可見光范圍內(nèi)，適合用于照明光源。LED 燈具壽命長，可達(dá)100 000 h 以上，可以有效減少燈具垃圾。另外，LED 由低壓直流電源供電，更加安全，而且適合頻繁開、關(guān)。因此太陽能照明系統(tǒng)選擇了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 燈具，其光效可以達(dá)450 lm/W，相當(dāng)于50 W 的白熾燈，可以達(dá)到良好的照明效果。
1.2 照明燈具的控制方式
太陽能照明燈具的開、關(guān)控制方式主要有兩種： 定時(shí)控制和光照控制。
定時(shí)控制是設(shè)定每天的開、關(guān)燈時(shí)間后由系統(tǒng)自動控制，但是隨著季節(jié)的變化需要不斷調(diào)整設(shè)定時(shí)間，否則就會出現(xiàn)天黑不亮燈，天亮不熄燈的情況，造成能源浪費(fèi)。光照控制是系統(tǒng)通過檢測光照度來開、關(guān)照明燈具，如光照度低于10 lx時(shí)開燈，高于10 lx 時(shí)熄燈，這樣既能滿足用戶的需要，又能節(jié)約電能，符合智能建筑的理念。所以系統(tǒng)照明燈具的開、關(guān)采用光照控制方式。
光照控制方式的工作時(shí)間和本地的緯度及當(dāng)天的太陽赤緯角有關(guān)，而且日出前半小時(shí)和日落前半小時(shí)，天空的余光足夠照明，可以不開路燈，這樣每天可以少開燈1 h。智能小區(qū)位于東緯116. 84°、北緯38. 31°的位置，本地區(qū)光照控制路燈在冬至?xí)r工作時(shí)間最長為12 h，夏至?xí)r工作時(shí)間最短為9h?？梢钥闯觯庹仗柲苈窡艄ぷ鲿r(shí)間變化不是太大，可以認(rèn)為是均衡性負(fù)載，其對太陽電池板傾角的影響不大。
2 太陽電池
2.1 太陽電池板最佳傾角的確定
太陽電池板要朝向赤道安裝，通常面向正南或稍微偏西，而且相對地平面應(yīng)有一定的傾角，即太陽電池板傾角。因?yàn)樘柟獾恼丈浣嵌入S時(shí)間的變化而變化，使得固定傾角下的太陽電池板接收的太陽能量也隨之改變，所以太陽電池板傾角的確定對整個系統(tǒng)來說至關(guān)重要，在太陽能路燈系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要根據(jù)負(fù)載情況、當(dāng)?shù)貧夂驙顩r和經(jīng)緯度來確定太陽電池板的最佳傾角，使其接收的太陽光全年平均量最大。本系統(tǒng)負(fù)載近似為均衡性負(fù)載，太陽電池板最佳傾角的確定采用了國際流行的“全年均衡冬季最大”的接收太陽能輻射量的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。即在保證全年電池板日照量均衡的前提下，最佳傾角使冬季日照量盡量達(dá)到最大，以提高系統(tǒng)在太陽輻射較弱月份的發(fā)電量，滿足蓄電池均衡充電和負(fù)載的需要。
以滄州市區(qū)過去10 ～ 20 年的氣象資料數(shù)據(jù)為依據(jù)，可以使用天空散射輻射各向異性的模型，算出太陽能電池板不同傾角時(shí)所接收到的太陽輻照量，結(jié)合“全年均衡冬季最大”理論，可以確定太陽電池板傾角取本地緯度38°即可。因?yàn)橄募拘A角的電池板接收到的太陽輻照量大，冬季大傾角的電池板接收到的太陽輻照量大，所以可以在38°傾角基礎(chǔ)上適當(dāng)增加5° ～ 10°，效果會更好，而且有利于積雪滑落，減小維護(hù)工作量。本系統(tǒng)太陽電池板傾角取43°。
2.2 太陽電池組容量的確定
LED 的功率為10 W，每天工作12 h; 設(shè)太陽電池的功率為WS，效率為40%，留20% 的余量，每天日照工作時(shí)間為5 h，則有：
WS × 5 h × 40% ÷ 120% = 10 W × 12 h
解得WS = 72 W為了滿足蓄電池的儲能要求，太陽電池組功率選擇要大些，系統(tǒng)選擇12 V、100 W 的太陽電池組。
3 蓄電池組及超級電容的選擇
目前來說大容量、價(jià)格便宜的儲能器件還是鉛酸蓄電池，雖然超級電容優(yōu)點(diǎn)很多，可是其儲能量對于太陽能路燈系統(tǒng)來說，應(yīng)付連續(xù)的陰雨天還是不容易實(shí)現(xiàn)的。不過超級電容器可以輔助蓄電池更好地進(jìn)行工作，超級電容和蓄電池組成儲能元器件，可以提高充電效率，延長蓄電池的壽命，提高系統(tǒng)的供電可靠性。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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