LED太阳能路灯在住宅小区中的应用

徐建军

摘要：本文在工程经济和工程管理角度上，通过对LED太阳能路灯与常规路灯性能、效益和施工难度等方面进行对比，阐述了LED太阳能路灯的工作原理和选用计算方法，论证了LED太阳能路灯应用在节能环保方面的优势，LED太阳能路灯的应用将在节能减排方面作出巨大贡献的结论。

关键词：LED；太阳能路灯应用；节能减排；环保

Abstract: based on the engineering economic and project management level, through the solar street lamps and conventional LED lamp, benefit and construction difficulty performance in contrast, this paper expounds the working principle of LED solar street lamps and choose calculation method, demonstrates the application of solar street lamps LED in energy conservation and environmental protection advantages, LED the application of solar street lamps in energy conservation and emission reduction will be making a great contribution to the conclusion.

Keywords: LED; Solar street lamps in application; Energy conservation and emission reduction; Environmental protection

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

一、前言

人类社会的不断进步，由于工业化大生产的需要和商业化发展过快，使世界上大部分国家也开始出现电能危机。而取之容易，用之不尽的太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受到人类的重视。同时太阳能光伏技术和LED光源的不断进步和发展，太阳能发电和LED光源在路灯照明领域的发展已经日趋成熟，许多不同品牌的LED太阳能路灯在许多城市的次干道路上作为道路照明被推广使用。建筑面积约47万平方的芳和花园项目，作为广州第一个保障性的大型环保节能型住宅小区，提倡绿色、环保、节能型小区的理念，将日照比较充足的小区内道路和出入口采用了LED太阳能路灯作为小区内的道路路照明。其中小区内道路设计有3米50W的LED太阳能路灯48杆（见图1），小区主出入口处道路设计有8米250W的高杆LED太阳能路灯10杆。现就结合本项目对LED太阳能路灯的选用问题，从工作原理、性能、投资、节能、经济效益对比等方面对LED太阳能路灯的应用进行讨论。

图1

二、LED太阳能路灯的组成和工作原理

LED太阳能路灯从组成和工作原理上看，LED太阳能路灯主要是由太阳能电极板、太阳能智能控制器、蓄电池组、LED光源、灯杆和支架组成（见图2）。

图2LED太阳能路灯的组成

其工作原理就是利用太阳能电极板，白天接收太阳辐射能并转化为电能，并经过充放电控制器将电能储存在蓄电池中，傍晚时分当照度逐渐下降，当下降到亮度感应控制器动作值时，亮度感应控制器将触发充放电控制器动作，蓄电池开始对LED光源放电点亮光源。蓄电池放电约10小时后或蓄电池电量不足时，充放电控制器动作，蓄电池放电结束，关闭光源，同时保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。

三、LED太阳能路灯的选用计算：

LED太阳能路灯选用，需要计算蓄电池、电池板容量等参数，现结合本项目选用的3米50W的LED太阳能路灯选用计算为例。

1、按照下列公式计算蓄电池容量，选用蓄电池：

蓄电池容量=（光源功率÷系统电池电压）×用电时间×（阴雨天数）×系统安全损耗系数（1.6~2.0）

（1）首先计算蓄电池电流：

选用24V蓄电池系统；50个/1W的LED灯，共50瓦。

电流I＝50W÷24V＝2.08A

（2）其次计算蓄电池容量需求：

小区路路灯按物业安全管理要求,每晚累计开启照明时间约11小时（其中前6小全载，后5小时半载，即累计开启照明满载时间为：6+5/2=8.5小时）,使用过程中还需要考虑满足连续阴雨天5天的照明及阴雨天前一夜的照明需求（即考虑5天另加1天，共计6天的照明需求）

蓄电池容量＝2.08A×8.5h×（5＋1）天

＝2.08A×51h

＝106.08AH

經计算选择24V，60Ah免维护式铅酸蓄电池2块并联，并联后电压24V，120Ah

2、再计算出电池板的需求峰值（WP），按下式进行计算：

（1）保证全年能有效地对蓄电池组件充电。因此，太阳能电池组件在任何季节的工作电压（V）须满足：

V＝Vf+Vd+Vi

=27.4+0.7V+4.5V

=32.6V

式中，Vf为蓄电池组件浮充电压；Vd为因阻塞二极管和线路直流损耗引起的压降；Vi为因温度升高引起的压降。

（2）经查太阳能电池组件的温度特性曲线可知，当温度升高时，其工作电压有较明显的下降，可用下式计算因温度升高而引起的压降（Vi）。

Vi=a（tmax-25）Va

=0.005×(50-25)×36

=4.5（V）

式中，a是太阳能电池组件的温度系数，对单晶硅和多晶硅电池组件来说，a=0.005，对非晶硅电池组件来说，a=0.003；Tmax为太阳能电池组件的最高工作温度（45℃~60℃）；Va为太阳能电池组件的标称工作电压一般是36V。

（3）太阳能电池组件板的需求峰值（WP）：

太阳电池组件功率=用电器功率×用电时间×损耗系数/当地峰值日照时间

WP＝(32.6V×2.08A×8.5h×120％）÷3.52

＝691.64÷3.52

＝196.5（W）

经计算选取1块峰值功率为200Wp或选取2块峰值功率为100Wp的太阳能电池组件为佳。

式中电池板平均每天接受有效日照时间为3.52小时(祥见我国主要30个城市平均日照及最佳安装倾角查表)；最少放宽对电池板损耗系数为20％的预留额。

我国主要30个城市平均日照及最佳安装倾角查表

四、LED太阳能路灯与常规路灯（高压纳灯）的性能对比，

经过收集许多LED太阳能路灯与常规路灯相关资料，并经过LED太阳能路灯与常规路灯（高压纳灯）的性能参数对比分析，LED太阳能路灯在性能特点上具有寿命长、效率高、节能环保、无污柒等，祥见下表所示：

五、从施工和投资方面比较

我们常规路灯安装，施工时需要开挖电缆沟、敷设电源线路、回填土石方、安装供配电控制箱及开通调试，施工复杂，人工和辅助材料成本较高，整体工程投资大。且日后当其中一路电源出现故障，将造成大面积路灯照明关闭，不便于日后住户的正常使用。而LED太阳能路灯安装不需要敷设复杂的电源线路，施工时只做一个路灯基础，然后用螺丝固定即可，施工不需要大多的人工和辅助材料成本。施工简单，工程投资较小。

六、从日后使用的维护费用和能耗方面对比

常规路灯需要频繁地对供电线路、灯具和其它配置元件进行不间断的维护和更换，每年将产生一笔昂贵的维护费用，并且常规路灯，只要点亮就要消耗电能，必将导致每年有一笔更加昂贵的电费支出，给保障房住户和物管单位带来了较大的经济压力。而从LED太阳能路灯，没有电源线路和外置控制设备，且LED光源、蓄电池、控制器等配件寿命较长，不需要过多的维护和更换配件，点亮光源更不需要另外耗电和支付电费支出，为保障房住户和物管单位减轻电缆费支出的经济压力。

七、经济效益分析对比

经济分析对比按照本项目选用的LED太阳能路灯数量及功率，并按正常小区管理的路灯照明点亮平均时间11小时进行分析对比，见下表：LED太阳能路灯具有节能、省电。

LED太阳能路灯与常规路灯（高压纳灯）经济效益对比分析表

从上表可以看出，采用LED太阳能路灯在第六年内基本不支出电费和维护费用，并可节省大量的电费支出，而采用常规路灯（高压纳灯），每年需要支付一笔昂贵的电费和维护费用支出。若LED太阳能路灯能被大量用于城市公共道路照明领域的话，每年将为国家创造出一笔非常可观的经济效益。

八、结束语

因此随着LED太阳能路灯制造技术的不断发展，LED太阳能路灯将以环保、节能等优势成为城市、小区内道路照明行业的新宠，市场潜力巨大。在节能方面，LED太阳能路灯省电，不消耗常规电力。据资料所述常规路灯的照明耗电量约占全国照明总耗电量的30％。通过比较分析，一套250瓦的常规路灯一年耗电量将超过1000度，相当于消耗400多公斤标准煤来发电。若用1千套、1万套照明效果相当的250瓦太阳能路灯替换常规路灯，一年可间接节电上百万度，甚到上千万度，约节约标准煤达400~4000多吨。若全国、全世界的路灯都能采用LED太阳能路灯，将节约数亿万吨的燃煤，将给全球的能源保护作出巨大的贡献。

参考文献

1、《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008

2、《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006

3、《道路与街路照明灯具的安全要求》GB7000.5-2005

4、《建安LED太阳能路灯选型技术资料》

5、《LED路灯技术标准》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。