一、太陽能路燈設計標準

（一）總設計標準

1、《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJ16-92（2008版）

2、《建筑照明設計標準》GB50034-2004

3、《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-95

4、《電氣工程電纜設計規(guī)范》GB50017-94

5、《工業(yè)企業(yè)照明設計標準》

6、《桂東縣農村基礎設施建設路燈項目》設計要求?

（二）燈桿設計標準

1、GB2694-88???熱浸鍍鋅體鍍鋅質量

2、GB10854-89??鋼結構焊接外形尺寸

3、GB77-88???碳素結構鋼

4、GB2519-88??熱連軋鋼板含帶鋼品種

5、DL/T646-98??輸電線路鋼管桿制造技術條件

6、AASHT01994??燈桿、高桿、交通信號桿?

（三）燈具設計標準

1、GB13037-91??固定式通用燈具的技術條件

2、GB7000.1-2000??燈具通用安全要求與實驗

3、GB7001-86??燈具外殼防護等級分類

4、GB7003-86??燈具電鍍、化學覆蓋層

5、GB7004-86??燈具木箱包裝技術條件

6、GB13037-91??固定式通用燈具的技術條件

7、QB/T1553-92??燈具瓦楞紙箱包裝技術條件

8、QB/T2048-2061-94??電光源

9、GB31241-2014??《便攜式電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求》

二、太陽能路燈組成原理

太陽能照明燈以太陽能為能源，白天充電、晚上照明，無需復雜昂貴的管線鋪設，可任意調整燈具的布局，無安全隱患、其性價比高、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、性能穩(wěn)定、使用壽命長，安裝簡便、自動控制免維護等固有的特性適用于適用于高速公路、普通公路、鄉(xiāng)間道路等公共場所道路照明等。外觀設計采用金屬、工程塑料等材料制作而成，造型新穎、美觀大方、簡潔明快。更多產品造型、美觀大方，還可為客戶定制各類造型太陽能路燈。

太陽能路燈的組成

太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及支架。太陽能發(fā)電工作原理：太陽能電池是對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程，是由太陽能電池板來完成。道路太陽能路燈配備太陽能電池板外，還必須主要配備蓄電池、控制器、燈具。蓄電池用來把太陽能電池板產生的電存儲起來，在需要的時候向外供電；控制器把太陽能電池板、蓄電池、負載連接起來，太陽能電池板發(fā)電時向蓄電池傳送電能，負載需要供電時從蓄電池把電能按照設定的方式傳送給負載，并具有防反充、過充、過放的功能；庭院燈所用負載即燈具，采用LED燈節(jié)能光源。

太陽能燈的優(yōu)點及節(jié)能環(huán)保：

1. 太陽能照明燈安裝簡便：太陽能燈具安裝時，不用鋪設復雜的線路，只要做一個水泥基座，然后用螺絲固定就可。

2. 太陽能照明燈具無需電費：太陽能照明燈具是一次性投入，無任何維護成本，長期受益。太陽能照明沒有安全隱患：太陽能燈具是低壓產品，運行安全可靠。

3. 安裝簡單.免維護.

4. 節(jié)能環(huán)保,符合國家節(jié)能環(huán)保要求,響應對新能源的使用要求.

5. 提升城鎮(zhèn)管理形象.樹立節(jié)能降耗與新能源的城市旗幟.

6. 太陽能路燈是一個自動控制的工作系統(tǒng)，只要設定該系統(tǒng)的工作模式就會自動運行工作。

太陽能參數(shù)：

（1）太陽能電池組件太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的是單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池。在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。保證連續(xù)陰雨7天都能正常亮燈。以充分發(fā)揮其性能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 

多晶硅太陽能板

（2）蓄電池

由于太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，再加上路燈的使用是在晚上，所以需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作?，F(xiàn)在市面上大多采用鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池由于其鉛酸的腐蝕性和可再生利用性均無法達到環(huán)保和節(jié)能要求，另外維護和保養(yǎng)復雜，也使太陽能燈具在環(huán)保節(jié)能方面大打折扣。我公司就這一問題，經(jīng)過多年研究和實踐經(jīng)驗，以及結合本項目招標文件要求，采用綠色環(huán)保、無任何有毒有害物質、生產及及使用中均無污染、使用壽命長、體積容量小且電池容量更大，并充放性能可實現(xiàn)大電流快速充放電的鋰電池。

鋰電池的介紹：鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。所以現(xiàn)在國內市場太陽能路燈所用的鋰電池就是鋰離子電池。

鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極采用鋰化合物-鈷酸鋰、錳酸鋰，負極采用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長，是21世紀發(fā)展的理想能源載體。

1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實用化，使人們的移動電話、筆記本電腦等便攜式電子設備重量和體積大大減小。使用時間大大延長。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相比，大大減少了對環(huán)境的污染。鋰電池的污染還是有的，只是相對來說比較小。

鋰電池工作原理 

放電反應：Li+MnO₂=LiMnO₂

鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

充電正極上發(fā)生的反應為?LiCoO₂==Li(1-x)CoO₂+XLi++Xe-(電子)

充電負極上發(fā)生的反應為6C+XLi++Xe-?=?LixC₆

充電電池總反應：LiCoO₂+6C?=?Li(1-x)CoO₂+LixC₆

正極

正極材料：可選的正極材料很多，主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。

不同的正極材料對照

正極反應：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。

充電時：LiFePO₄?→?Li1- xFePO₄ + xLi+ + xe-

放電時：Li1-xFePO₄?+?xLi+?+?xe-?→?LiFePO₄。

負極

負極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。?負極反應：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。充電時：xLi+?+?xe-?+?6C?→?LixC₆?放電時：LixC₆?→?xLi+?+?xe-?+?6C材料與集流體附著力提高30%，經(jīng)過長期循環(huán)不會有脫層現(xiàn)象?電池應用?隨著二十世紀微電子技術的發(fā)展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規(guī)模的實用階段。?最早得以應用的是鋰亞原電池，用于心臟起搏器中。由于鋰亞電池的自放電率極低，放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。鋰錳電池一般有高于3.0伏的標稱電壓，更適合作集成電路電源，廣泛用于計算機、計算器、手表中。鋰離子電池大量應用在手機、筆記本電腦、電動工具、電動車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上，特別是現(xiàn)在市場廣泛用于道路照明太陽能路燈上，可以說是最大的應用群體。

電池特點及優(yōu)點：

1．能量比較高。具有高儲存能量密度，已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；

2．使用壽命長，使用壽命可達到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C（100%DOD）充放電，有可以使用10,000次的記錄；

3．額定電壓高；一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值)，相當于三個串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；

4．自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產品的1/6-1/5；

5．高低溫適應性強，可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用；綠色環(huán)保，無污染；鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類的有害金屬物質不論生產、使用和報廢，都不含有、也不產生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質。?生產基本不消耗水，對節(jié)省水之源來說，十分有利。

6．循環(huán)壽命高在正常條件下，鋰離子電池的充放電周期可超過500次，磷酸亞鐵鋰（以下稱磷鐵）則可以達到2000次。

7．無記憶效應記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應。

8．快速充電使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器，可以使鋰離子電池在1.5--2.5個小時內就充滿電；而新開發(fā)的磷鐵鋰電，已經(jīng)可以在35分鐘內充滿電。過充過放鋰離子電池的額定電壓，因為材料的變化，一般為3.7V，磷酸鐵鋰（以下稱磷鐵）正極的則為3.2V。充滿電時的終止充電電壓國際標準是4.2V，磷鐵3.6V。鋰離子電池的終止放電電壓為2.75V～3.0V(國內電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數(shù)略有不同，一般為3.0～2.75V，磷鐵為2.5V。)。低于2.5V（磷鐵2.0V）繼續(xù)放電稱為過放（國際標準為最低3.2v，磷鐵2.8v），低電壓的過放或自放電反應會導致鋰離子活性物質分解破壞，并不一定可以還原。而鋰離子電池任何形式的過充都會導致電池性能受到嚴重破壞，甚至爆炸。鋰離子電池在充電過程必需避免對電池產生過充。

鉛酸蓄電池及鋰電池的對比：

（3）控制器

無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。控制器不僅延長蓄電池的使用壽命，且對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，控制器還具備溫度補償功能。同時我公司選用的太陽能控制器具有路燈控制功能，具有光控、時控恒流一體化功能，并具有防過充、過放、過流、過壓保護，光控開、時控關，延時功能，可分時段控制，夜間時能模式設置，并具有防水功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。

（4）LED光源

太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、LED光源。

普通光源及LED光源的對比

A、LED與傳統(tǒng)燈的區(qū)別

1、常規(guī)燈具：高壓鈉燈或金鹵燈正常工作的要求:燈泡+鎮(zhèn)流器+觸發(fā)器,方可正常使用；白熾燈是電能加熱發(fā)光鎢絲來發(fā)光；日光燈節(jié)能燈是通過高壓電能撞擊充滿低壓水銀蒸氣和其它氣體鎢陰極管來產生光；

2、LED發(fā)光二級管，主要依靠載流子的不斷移動而發(fā)光，光通量高、高亮度、節(jié)能。比白熾燈節(jié)能90﹪，同樣亮度下，只需白熾燈1/10的電能，理論壽命長達10萬小時，是白熾燈的100倍，節(jié)能燈的40倍，意味著每天工作八小時，可以有35年免維護的理論保障。由此可見，LED超節(jié)能燈是當今社會大力提倡利用的綠色能源產品。除了具有節(jié)能、亮度高、壽命長、環(huán)保、工作穩(wěn)定可靠、安全響應快、單色性外，還具有體積小、亮度可控、色彩豐富、無頻閃保護眼睛、免維護等優(yōu)點，可廣泛應用于高速公路、城市主干道、工廠、工業(yè)園區(qū)、商場、辦公寫字樓、小區(qū)、家庭、街道、景觀亮化、旅游風景區(qū)、公園、庭院綠化帶、廣場、步行街、健身休閑廣場等場所的照明及夜景工程。

B、LED照明系統(tǒng)優(yōu)勢

自從出現(xiàn)發(fā)光二極管LED（Light?Emitting?Diode）以來，人們一直在努力追求實現(xiàn)固體光源，隨著發(fā)光二極管LED制造技術的不斷進步和新型材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)及應用，LED半導體固體光源性能持續(xù)完善并進入實用階段。白光LED的出現(xiàn)，使高亮度LED應用領域跨足至高效率照明光源市場。發(fā)光二極管是一種半導體組件，壽命長；由電轉換為光的效率高，耗電量少；同時發(fā)光二極管組件是一種極小的發(fā)光源，可配合各種應用設備的小型化。白色發(fā)光二極管與一般照明比較，除了省電外（用電量是一般燈泡的1/8至1/10，日光燈的1/2，還有壽命長（可達十萬小時以上）、發(fā)熱量低（熱輻射少）、反應速度快（可高頻操作），對于廢棄物的處理既安全又環(huán)保（無汞污染）。由于白色發(fā)光二極管燈泡具有上述多項優(yōu)點，可望在二十一世紀取代鎢絲燈和水銀燈，成為兼具省電和環(huán)保概念的新照明光源，也因此被喻為“綠色照明光源”的明日之星。

D、燈具效率（光輸出系數(shù)）

在日常生活中，人們所使用的光源大多接近全向輻射。全向輻射會使光能射向不需照射的區(qū)域，造成能量浪費或光污染。因此，為了讓光源發(fā)出的光能能夠盡可能多地得到利用又不會產生眩光和光污染，同時保護光源安全可靠的工作，必須使用燈具或二次配光器件對光源的輻射區(qū)域加以限制，在同樣光功率的情況下盡可能的增加被照區(qū)域的輻射度。使用LED燈同樣會涉及到效率問題，為了衡量燈具利用能量效率的高低，人們用燈具輸出的光能量與燈具內光源輸出的光能量之間的比例來衡量其效率，叫做燈具效率（也叫光輸出系數(shù)）。它是衡量燈具利用能量效率的重要指標。由于燈具的用途不同，其設計形式也存在較大地差異。不同形式的燈具其效率也存在較大地差異，一般在50～80﹪之間。效率低的燈具其光輸出系數(shù)甚至不足25﹪，大部分的光能轉化為熱能而白白浪費掉了。在照明和燈飾工程設計中，選擇光輸出系數(shù)高的燈具，在確保安全和不產生眩光的情況下可以起到節(jié)約能源的作用；如選擇的燈具效率低下或有相當一部分光能射向空中，就會造成不必要的浪費。

E、高亮度點電光源燈具的光輸出系數(shù)分析

高亮度點電光源如高壓鈉燈、金鹵燈等，其光效可達60～90?Lm/W以上，但由于它們輸出的光能過于集中且為全向輻射，在使用時如不對光源加以遮擋，會產生強烈的眩光。因此，這種光源在應用過程中必須用燈具來增加其被照區(qū)域的照度，減少光能損耗，防止產生眩光。這些光源的多數(shù)光能量在燈具中產生一次反射或二次反射，其光能量會有一定的衰減。

F、節(jié)能燈在一些燈具中的光輸出系數(shù)分析

目前節(jié)能燈使用得較為廣泛，其外形為管形，光效的典型值為60?Lm/W。節(jié)能燈用作室內的普通照明和室外的一些草坪燈時，其光能能夠得到最大限度地發(fā)揮；但用于庭院燈和筒燈時，光能的實際使用率較低。目前使用較為普遍的乳白色球泡庭院燈，是集照明與裝飾為一體的燈具。由于其光能近似全向輻射，故實際射向地面的光能只有燈具輸出光能量的50﹪。這種燈射到地面的總光通量可按下式計算：￠g=￠1*￡*50﹪?式中：￠g是燈具射向地面的總的光通量；￠1是光源總的光通量；￡是乳白色球泡燈具的透過率，一般為0.7；50﹪系數(shù)是因從燈具發(fā)出的全部光能中只有一半射向地面。若乳白色球泡燈具內使用一盞30W的節(jié)能燈，其總的光通量為30W*60Lm/W=1800Lm；則射向地面的總的光通量為：￠g=1800*0.7*50﹪=630Lm?由此可以看出，球泡燈理論上的光利用率只有35﹪。在實際應用中，由于球泡外表會受到灰塵的污染，內部往往又會受到昆蟲的污染，因此￡值實際低于0.7。

G、LED照明燈具的光輸出系數(shù)分析

對于功率型LED而言，光能的輻射方向均勻單向。LED在封裝時，若在出光口裝上不同折射角度的透鏡，射出的光束就具有不同的輻射角度。我們會根據(jù)貴單位車間照明的特點，合理選擇合適輻射角度的LED燈。當LED用于路燈時，可選擇一組發(fā)射角為1400的大角度LED。安裝時可將LED的光軸線向外傾斜300～450，這可使被照區(qū)域的照度變得更為均勻。LED發(fā)出的光無須使用任何燈罩進行反射，也無須使用任何光罩加以裝飾。它的大部分光能均直接由光源射向地面。由于路燈燈具高度在6米-8米以上，且單位面積內的光功率比白熾燈還低，故不足以產生眩光，無須使用任何光罩加以遮擋。因此，LED路燈燈具的效率可高達95﹪。如上面提到的乳白色球泡燈，用30W節(jié)能燈時射向地面的總光通量為630Lm，而采用130-145Lm/W的LED時只需10W，無須外罩，其節(jié)能效果是相當顯著的。

H、LED用于太陽能路燈的優(yōu)勢所在

首先，LED的光效已達130Lm/W，超過節(jié)能燈的典型值。它將使LED成為發(fā)光效率最高的光源之一。

其次，功率型LED具有單向輻射特性。它所發(fā)出的大部分光能無須經(jīng)過反射就可直接到達被照物體，從而使光能能夠得到最大限度地發(fā)出，大幅度地提高了燈具的效率。

三是LED的壽命超長，綠色環(huán)保。目前可采購到的功率型LED的平均無故障工作時間多在50000h以上；若每天工作12h，可用十年。它的廢棄物幾乎可以全部回收利用。這不僅節(jié)省能源，還節(jié)約了資源，保護了環(huán)境。而其他光源廢棄后會對環(huán)境造成污染，特別是熒光燈廢棄后，燈內的汞益出會對環(huán)境及水源造成嚴重污染。

四是LED光源可做到無閃爍、無紫外線，熱輻射極低，對人眼無任何危害。LED非常適用于室內照明或人們需長時間工作和學習場所的照明，在發(fā)光效率的部分，由于傳統(tǒng)光源為360°的放射狀光源，有部分的光并沒有被有效的使用，所以傳統(tǒng)光源使用在單向照明燈具的發(fā)光效率在使用上其光線折射損失高達30%以上，不同于傳統(tǒng)光源，LED為180°的單向光源，所發(fā)出來的光可以完整的被利用。

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