| HCC超級電容在智能小區太陽能路燈上的應用 |
| 2011-12-22 中國冷鏈物流網（www.m.kk7885.com） |
智能小區不只是高科技的應用，更注重節能和環保，本太陽能路燈照明系統在一般太陽能路燈的基礎上進一步進行了優化，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能和環保。本太陽能路燈系統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成。
1 照明燈具及控制方式的設計
1.1 照明燈具的設計
傳統的照明燈具效率低，如白熾燈、鹵鎢燈等，不適合智能建筑節能理念，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，但是發出的光線都在可見光范圍內，適合用于照明光源。LED 燈具壽命長，可達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。因此太陽能照明系統選擇了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 燈具，其光效可以達450 lm/W，相當于50 W 的白熾燈，可以達到良好的照明效果。
1.2 照明燈具的控制方式
太陽能照明燈具的開、關控制方式主要有兩種： 定時控制和光照控制。
定時控制是設定每天的開、關燈時間后由系統自動控制，但是隨著季節的變化需要不斷調整設定時間，否則就會出現天黑不亮燈，天亮不熄燈的情況，造成能源浪費。光照控制是系統通過檢測光照度來開、關照明燈具，如光照度低于10 lx時開燈，高于10 lx 時熄燈，這樣既能滿足用戶的需要，又能節約電能，符合智能建筑的理念。所以系統照明燈具的開、關采用光照控制方式。
光照控制方式的工作時間和本地的緯度及當天的太陽赤緯角有關，而且日出前半小時和日落前半小時，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。智能小區位于東緯116. 84°、北緯38. 31°的位置，本地區光照控制路燈在冬至時工作時間最長為12 h，夏至時工作時間最短為9h。可以看出，光照太陽能路燈工作時間變化不是太大，可以認為是均衡性負載，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，而且相對地平面應有一定的傾角，即太陽電池板傾角。因為太陽光的照射角度隨時間的變化而變化，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來說至關重要，在太陽能路燈系統優化設計中，要根據負載情況、當地氣候狀況和經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。本系統負載近似為均衡性負載，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設計原則。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到最大，以提高系統在太陽輻射較弱月份的發電量，滿足蓄電池均衡充電和負載的需要。
以滄州市區過去10 ～ 20 年的氣象資料數據為依據，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所接收到的太陽輻照量，結合“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。因為夏季小傾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°傾角基礎上適當增加5° ～ 10°，效果會更好，而且有利于積雪滑落，減小維護工作量。本系統太陽電池板傾角取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、價格便宜的儲能器件還是鉛酸蓄電池，雖然超級電容優點很多，可是其儲能量對于太陽能路燈系統來說，應付連續的陰雨天還是不容易實現的。不過超級電容器可以輔助蓄電池更好地進行工作，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，提高系統的供電可靠性。其結構如圖1所示。
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