智能小區(qū)不只是高科技的應(yīng)用，更注重節(jié)能和環(huán)保，本太陽能路燈照明系統(tǒng)在一般太陽能路燈的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)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(jié)能和環(huán)保。本太陽能路燈系統(tǒng)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(gòu)成。

1照明燈具及控制方式的設(shè)計

1.1照明燈具的設(shè)計

傳統(tǒng)的照明燈具效率低，如白熾燈、鹵鎢燈等，不適合智能建筑節(jié)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45lm/W，雖然不高，但是發(fā)出的光線都在可見光范圍內(nèi)，適合用于照明光源。LED燈具壽命長，可達(dá)100000h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(guān)。因此太陽能照明系統(tǒng)選擇了12V、10W的白光超亮大功率LED燈具，其光效可以達(dá)450lm/W，相當(dāng)于50W的白熾燈，可以達(dá)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(guān)控制方式主要有兩種：定時控制和光照控制。

定時控制是設(shè)定每天的開、關(guān)燈時間后由系統(tǒng)自動控制，但是隨著季節(jié)的變化需要不斷調(diào)整設(shè)定時間，否則就會出現(xiàn)天黑不亮燈，天亮不熄燈的情況，造成能源浪費(fèi)。光照控制是系統(tǒng)通過檢測光照度來開、關(guān)照明燈具，如光照度低于10lx時開燈，高于10lx時熄燈，這樣既能滿足用戶的需要，又能節(jié)約電能，符合智能建筑的理念。所以系統(tǒng)照明燈具的開、關(guān)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(dāng)天的太陽赤緯角有關(guān)，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1h。智能小區(qū)位于東緯116.84°、北緯38.31°的位置，本地區(qū)光照控制路燈在冬至?xí)r工作時間最長為12h，夏至?xí)r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(rèn)為是均衡性負(fù)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(yīng)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(tǒng)來說至關(guān)重要，在太陽能路燈系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中，要根據(jù)負(fù)載情況、當(dāng)?shù)貧夂驙顩r和經(jīng)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(tǒng)負(fù)載近似為均衡性負(fù)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(tǒng)設(shè)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(dá)到最大，以提高系統(tǒng)在太陽輻射較弱月份的發(fā)電量，滿足蓄電池均衡充電和負(fù)載的需要。

以滄州市區(qū)過去10～20年的氣象資料數(shù)據(jù)為依據(jù)，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(jié)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(chǔ)上適當(dāng)增加5°～10°，效果會更好，而且有利于積雪滑落，減小維護(hù)工作量。本系統(tǒng)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10W，每天工作12h;設(shè)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5h，則有：

WS5h40%÷120%=10W12h

解得WS=72W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(tǒng)選擇12V、100W的太陽電池組。