一种太阳能供电的节能照明系统
摘要:文章介绍了一种新型的太阳能供电节能照明系统,以太阳能供电为主,辅以蓄电池和市电备用,通过供电优选技术,达到节能低碳的绿色照明要求。叙述了该照明系统的工作原理、供电优选设计、太阳能电源控制器的研制以及照明系统的节能效果。
1 前言
随着社会经济建设的日益增长,我国已成为能源消耗大国,以煤、石油,天然气为主的常规能源消耗,其资源性不可再生,同时这些能源消耗排出二氧化碳和硫的氧化物,导致地球温室效应和酸雨,破坏环境。因此,为了保护生态环境,实现可持续发展,对可再生能源的开发利用就应运而生了。太阳能照明作为可再生能源利用技术近几年来迅速发展,市场对太阳能照明产品的需求日趋增长。太阳能照明是以太阳能为能源,通过太阳能电池实现光电转换。目前的太阳能照明系统大多是白天用蓄电池积蓄、贮存电能,晚上通过控制器对电光源供电。但是随着社会的发展和经济建设的需要,众多的照明场合如大型超市、商场、医院、学校、车站航站候车楼、办公楼地下车库等都需要白天用电,且用电量大,在白天形成用电高峰。我们提出一种新型光伏供电的节能照明系统,拟在能够在白天用太阳能直接对电光源的供电,同时还可将多余的太阳能对蓄电池进行充电为夜间提供照明。供电系统可长期连续使用,不需增加成本,无需专人管理控制,绿色环保,安全可靠,可缓解高峰用电负荷过大的矛盾,也可为国家节约部分电力资源,最大程度实现生态环保和节能低碳的要求。具有广阔的市场应用前景。
2 太阳能供电的节能照明系统
太阳能供电的照明系统由太阳能电池组件、系统控制器(太阳能充电管理控制模块、照明控制模块)、市电补充备用模块、蓄电池及LED灯具组五大部分组成(如图1所示)。当阳光充足时,太阳电池组件通过系统控制器的供电优先程序,经照明控制模块直接点亮灯具,同时对蓄电池充电;当阴雨天或夜晚,由蓄电池提供电源,点亮LED照明灯具,当太阳电池组件与蓄电池因某种原因都无法供电的情况下,系统启动市电补充备用电源供电,AC/DC24V逆变输出,提供照明用电,保证照明系统能安全可靠的运行。
3 供电系统设计
根据用户的使用情况及用户当地的太阳能资源,合理地设计所需的太阳电池板功率。根据照明区域的实际情况,合理设计蓄电池容量的大小,其设计原则是既能满足用户的使用要求,又不过分增大蓄电池的容量,以减少成本。
3.1 系统配置设计步骤
(1)影响设计的因素
光照:太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响,其能量在一日、一月和一年内都有很大的变化,甚至各年之间的每年总辐射量也有比较大的差别。
负载:负载的用电情况,也视用途而定,如该系统的计划在600~700m2地内使用100支12WLED照明灯具,则总功率计算约为1200W.
(2)蓄电池组容量设计
蓄电池的容量对保证连续供电很重要。方阵发电量的不足和过剩值,是确定蓄电池容量的依据之一。蓄电池容量BC计算公式为:
BC=A×QL×NL×TO/CC(Ah)
式中:A为安全系数,取1.1~1.4之间;QL为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数;NL为最长连续阴雨天数;TO为温度修正系数,一般在0℃以上取1;CC为蓄电池放电深度。
(3)太阳能电池方阵设计
太阳能电池组件串联数Ns为:
Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc
式中:UR为太阳能电池方阵输出最小电压;Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压;Uf为蓄电池浮充电压;UD为二极管压降;UC为其它因素引起的压降。
太阳能电池组件并联数Np为:
Np=(Bcb+Nw×QL)/(Qp×Nw)
式中:Bcb为需补充的蓄电池容量;Nw两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数;Qp为太阳能电池组件日发电量。
太阳能电池方阵功率P:
P=Po×Ns×Np(W)
式中:Po为电池组件的额定功率;Ns为串联数,Np为并联数。
3.2 系统控制器的设计
系统控制器是该系统的核心部件,下面着重介绍控制器的设计与研制。
系统控制器的主要作用是将太阳电池板、蓄电池、照明负载有机地结合起来,通过设置太阳能充电管理、供电优选程序、照明控制管理、市电补充切换,及各种保护电路,延长太阳电池板、蓄电池和照明灯具的使用寿命,尽可能地使系统达到省电节能的效果。系统控制器主要具有以下功能:
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