降功率对太阳能独立电站系统影响的研究与分析

曲 博

(沈阳工程学院 新能源学院，辽宁 沈阳 110136)



降功率对太阳能独立电站系统影响的研究与分析

曲 博

(沈阳工程学院 新能源学院，辽宁 沈阳 110136)

城市的快速发展推动了城市对照明产品的市场需求，在倡导绿色节能减排背景下，太阳能路灯作为城市照明设备被大力推广。以如何降低系统产品成本并延长系统使用寿命为出发点，针对太阳能独立电站系统使用控制恒流一体机进行试验，分析评估了自动降功率功能对系统成本及系统使用寿命的影响。

太阳能；功率；系统成本

太阳能路灯自出现已10年有余，其发展期间各个部件都已被更新换代多次，性价比逐渐提高，产品性能越来越优越的同时价格却在降低。在目前利润较薄的路灯系统中降低产品成本或延长系统使用寿命对太阳能灯产业来说都是意义重大的。下面将以太阳能路灯作为独立电站，针对太阳能路灯系统采用控制恒流一体机进行试验，在不影响负载光源正常工作的条件下，通过控制器降低电流和系统功率，从而更加合理地利用太阳能。

1 系统测试方法

确认系统延长放电时间，对降功率放电与全功率放电曲线进行对比。首先对深圳硕日SR-DH20、青岛天盈华智SMR1006-DCN两款控制恒流一体机进行比较试验，灯头为深圳硕日20 W(5串4并)LED灯头，蓄电池为山东圣阳38 Ah/12 V铅酸蓄电池。

每次对同一电池充电4 h，测试其全功率、降功率放电时间，对比放电效果后发现降功率放电相比全功率放电可以延长放电时间约2.5倍(见表1)。

表1 放电时间对比数据

由表2、3可以看出，SR-DH20与SMR1006-DCN控制恒流一体机都是划分10个阶段进行自动降功率的，但降功率策略不同。硕日SR-DH20控制器是蓄电池电压在12.3 V～11.25 V(大约1 V)范围内，功率依次从90%下降到10%。青岛SMR1006-DCN控制器是蓄电池电压在12.64 V～11.82 V(大约0.8 V)范围内，功率依次从70%下降到30%。

从图3曲线看出，SMR1006～DCN控制器充分利用了蓄电池在12.64～11.82 V阶段的电量，此阶段放电曲线较为平滑，且直至电池电压为11.7 V前，曲线的斜率变化不大，证明此阶段蓄电池电压变化较平稳，没有出现骤降现象。由曲线图可以看出，SR-DH20控制器与蓄电池放电曲线相差较多，而SMR1006-DCN控制器放电曲线走势与蓄电池放电曲线基本一致，较符合蓄电池使用特性。

表2 SR-DH20控制器降功率试验数据

图1 SR-DH20降功率每阶段放电时间

图2 SMR1006-DCN降功率每阶段放电时间

序号电池电压/V灯头电压/V灯头电流/A灯头功率/W降电流比例/%降功率比例/%112.6815.061.1817.810098.89212.6414.550.83127066.67312.5314.460.7711.16561.67412.4314.360.7110.26056.67512.3214.260.659.265551.44612.2114.170.598.385046.56712.1314.080.537.54541.67812.0313.980.476.64036.67911.9313.880.415.73531.671011.8213.780.354.883027.11

2 数据分析

2.1 降功率放电对系统放电效率的影响

通过测试计算其系统放电效率，控制器降功率使用对系统放电效率基本没有影响，一般都在90%以上，最差点也在88%以上。SR-DH20控制器全功率效率在92%以上，降功率在88%以上(最差点在10%功率点);SMR1006-DCN控制器全功率、降功率效率都在89%以上(最差点在30%功率点)。

2.2 蓄电池全功率与降功率放电容量对比

统一按照14.4 V/3.8 A对38 Ah空蓄电池进行充电4 h，将控制器全功率放电、降功率放电2种情况进行对比，全功率放电电量170 Wh，SR-DH20控制器降功率放电电量205 Wh，SMR1006-DCN控制器降功率放电电量190 Wh，由此可见使用控制恒流一体机可无形中加大系统放电电量。

图3 蓄电池放电曲线

2.3 蓄电池容量的计算

系统采用控制恒流一体机，在相同放电时间内(6 m路灯，20 W灯头，放电5 h为例)，所放出的电池容量为：全功率放电量91 Wh，SR-DH20降功率放电量79 Wh，SMR1006-DCN降功率放电量52 Wh。可以看出，在同一放电时间内采用SMR1006-DCN降功率控制器蓄电池放电量约为采用全功率放电量的57%，因此，在使用无影响的前提下，可以将系统配置中蓄电池容量相应减少。以太阳能6 m路灯20 W灯头配置50 Ah/12 V为例，如果采用自动降功率控制，可以将蓄电池容量减小为24 Ah，成本减少约160元(以欧力特电池为例)。太阳能电池板选用30 W，成本减少约70～80元，总成本减少230～240元。

2.4 蓄电池使用寿命的影响

按电池生产厂家提供的数据，对标称寿命为3到5年的密封电池而言，当电池放电深度为100%时，电池的实际使用寿命大约是200～250次充放电循环。如果将电池的放电深度减为50%时，它所允许的充放电循环次数可增到600次左右。当把电池的放电深度减为30%左右时，它所允许的充放电循环次数可达到1 300次以上。一般情况下，系统配置都按60%DOD计算，所以蓄电池使用寿命为500～600次。

图4 蓄电池寿命与放电深度曲线

在相同放电深度前提下，通过对比铅酸蓄电池放电情况可以得出，采用降功率放出的电量约是全功率放电量的1.3～1.4倍，即系统配置的蓄电池容量可以连续工作5个阴雨天，相当于在60%DOD下，蓄电池循环寿命增加到700～900次，即延长了蓄电池寿命期。

2.5 降功率截止点的确定

在6 m高度距离测试的20 W灯头中心点处照度值见表4，当功率降到30%时，20 W灯室外照度大约在5 lux。根据CJJ 45-2006《城市道路照明设计标准》规定，即使在夜间行人流量小的人行道路上路面平均照度最小也应在5 lux，而所进行的测量都是灯头垂直照度，此照度要远远大于路面平均照度，因此推测功率降到30%以下有可能不符合使用要求，进而在控制器优化中可将30%功率点对应电压作为降功率电压截止点，对在此电压值以上的电压重新进行降功率等级划分，实现可用且最优的控制方案。

表4 6 m高20 W灯具照度值

3 结 论

研究推算后得出结论，太阳能电池板设为30 W，总成本降低230～240元，降低系统配置蓄电池容量26 Ah，能延长蓄电池使用寿命200～300次，减少了在太阳能路灯寿命期内蓄电池更换次数。但在最佳功率电压点选择上、降功率等级划分上还有待于进一步研究。

[1]古春晓.发展绿色照明促进照明节能 [J].建设科技，2009(18)：3-7.

[2] 鞠振河.太阳能光伏照明技术规程 [M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2009.

[3] 周志敏，纪爱华.太阳能LED路灯设计与应用 [M].北京：电子工业出版社，2009.

[4] 本尼塞克.功率理论与电能质量治理 [M].陶 顺，罗 超，译.北京：机械工业出版社，2014.

(责任编辑 佟金锴 校对 张 凯)

Research and Analysis of Impact on Independent Solar Station System with Automatic Power Reduction

QU Bo

(School of Renewable Energy,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

The rapid development of the city to promote the market demand for lighting products in the city.Under the background of advocating green energy conservation and emissions reduction,the solar lighting system has been promoted in cities.In this paper,the impact on the system cost and the service life of the system of the automatic power reduction function was analyzed and evaluated through tests of the solar street light system adopting integrative controlled constant current.

solar energy; power; system cost

2015-03-15

曲 博(1982-)，女，辽宁沈阳人，讲师，硕士。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.03.002

TM615

A

1673-1603(2015)03-0199-04