八马蓄电池PM26-12 12V26AH标准尺寸参数

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产品性能

1、安全性能好:正常使用下无电解液漏出,无电池膨胀及破裂。 

2、放电性能好:放电电压平稳,放电平台平缓。 

3、耐震动性好:*充电状态的电池*固定,以4mm的振幅,16.7Hz的频率震动1小时,无漏液,无电池膨胀及破裂,开路电压正常。

4、耐冲击性好:*充电状态的电池从20cm高处自然落至1cm厚的硬木板上3次。无漏液,无电池膨胀及破裂,开路电压正常。

5、耐过放电性好:25摄氏度,*充电状态的电池进行定电阻放电3星期（电阻值相当于该电池1CA放电要求的,恢复容量在75％以上。

6、耐过充电性好:25摄氏度,*充电状态的电池0.1CA充电48小时,无漏液,无电池膨胀及破裂,开5u婼ck8^,

路电压正常,容量维持率在95％以上。

7、耐大电流性好:*充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5秒钟。无导电部分熔断,无外观变形。

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广西壮族自治区 海 重庆市 四川省 贵州省 云南省 西藏自治区 香港特别行政区 澳门特别行政区 中国台湾省

随着国家对节能减排政策的逐步落实，大功率LED灯具的技术日趋成熟，越来越来的LED已经应用于日常的照明领域，LED照明已经进入千家万户。特别是这2年来，经过LED业界的共同研发与探索，LED路灯技术上备受困扰的散热和电源驱动两大难题也被众多的灯具厂家逐步克服，LED路灯的推广应用面临的将是照明质量的提高和灯具的长期可靠性问题，可靠性是LED路灯能否*替代传统高压钠灯的关键所在。尤其是国家光伏产业发展战略中的太阳能LED路灯，虽然从宏观上可以为国家节省较多的电能消耗和铺设电缆等高昂工程费用，但是太阳能LED路灯能否真正的实现全天候的*的无源照明呢？解决了太阳能LED路灯的可靠性问题，太阳能LED路灯才能真正的得到推广和广泛的应用。文章就是通过对现阶段的太阳能LED路灯所采用的方案详细分析，并结合实际例子阐述了可能影响太阳能LED路灯的可靠性的几个关键参数的计算以及灯具中关键部件的可靠性选型中需要注意的问题，希望能够为太阳能LED路灯进一步的应用推广有所借鉴。

关键词 太阳能LED路灯 关键部件可靠性 蓄电池充放电控制 LED光源

1 我国太阳能ＬＥＤ路灯的应用前景和优势

近年来，随着太阳电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能光伏发电的应用越来越广泛，尤其是在照明领域，太阳能ＬＥＤ路灯作为光伏发电系统在国内的主要应用模式，已经在全国各地得到了推广。在世界能源短缺，环境污染日益严重的今天，充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。我国富饶广阔的土地上，有着十分丰富的太阳能资源（见图１）。全国各地太阳年辐射总量为３３４０ｒ－Ｊ８４００ＭＪ/ｍ２，尤其是青藏高原地区zui大，这里平均海拔高度在４０００ｍ以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。所以太阳能资源是很值得研究和开发的，将具有广阔的市场前景，新型的能源加上zui节能的ＬＥＤ灯具，无疑是个*的组合。根据科学家的保守估计，在未来的１０年里，太阳能电池的平均转换效率要达到２０％以上，而价格要下降一半，这就是说，１０年以后的今天，我们用于照明电力的一半可能来源于太阳能，达到真正的绿色照明。大家知道，太阳能电池是一个巨大的ＰＮ结，它把太阳能转换为电能。ＬＥＤ是另一个可以将电能转换为光线的ＰＮ结，它的光效也在不断地的提高，其使用寿命可以达到１０万小时以上，这是真正意义上的绿色照明。

太阳能ＬＥＤ路灯应用的优势：

（１）灯具寿命长：单晶硅或多晶硅太阳能组件的有效使用寿命为２５年，２５年后电池组件可继续使用，但发电量略有下降。大功率ＬＥＤ使用寿命可达１０万小时，智能控制器静态功耗低、使用寿命长。

（２）灯具工作可靠稳定：ＬＥＤ光源为固态光源，它和单晶硅或多晶硅等太阳能组件具有抗台风、抗潮湿、抗紫外线辐射等特点。

（３）免维护，无人值守：灯具运行中自行充电和开关灯，无需人工操作，*的智能控制系统给用户足够的放心。

（４）照明时长和亮度可以人为控制：系统设计时可以考虑到当地日照时间，ＬＥＤ路灯很容易实现控制，可以设定照明时长；也可以根据亮度自动开启路灯，或者在后半夜将亮度降低一半。

（５）使用太阳能ＬＥＤ灯具不用架设或埋设电力线路；不用电网的电能；不用花费大量人力、物力等工程费用及保养维护。

2 太阳能ＬＥＤ路灯的基本结构及工作原理

2.1 太阳能LED路灯的基本结构

太阳能ＬＥＤ路灯主要由太阳电池组件、组件支架、ＬＥＤ（光源）灯头组件、充放电控制器、蓄电池、灯杆等几部分组成（如图２、３所示）。

2.2 太阳能LED路灯的工作原理（如图3所示）

太阳能ＬＥＤ路灯是利用太阳电池的光生伏*应原理，白天太阳能电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器进行充电储存在蓄电池里，当夜幕降临或灯具周围光照度较低时，蓄电池通过控制器向ＬＥＤ（光源）组件持续供电，一直到天亮或者设定的时间后自动切断。太阳能ＬＥＤ路灯系统工作原理简单，利用光生伏*应原理制成的太阳能电池白天接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当天黑照度降低至１０ｌｕｘ左右、太阳能电池板开路电压４．５Ｖ左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池开始对ＬＥＤ路灯放电。蓄电池放电至设定的放电时间后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池的过充和过放电。

3 影响太阳能ＬＥＤ路灯可靠性的几个关键参数的确定

太阳能ＬＥＤ路灯设计的成功与否，从理论上来说，主要是几个主要参数的确定，这些参数是否合理，那就是要靠科学的计算和合理的分析。所以它的基本设计思路是先确定光源的功率，根据使用地路灯每天工作的时间，结合当地连续阴雨天，计算蓄电池的容量和太阳电池组件的功率。为了确保系统工作的稳定性与可靠性，所以在设计时需要特别注意以下参数的确定和计算。

（1）必须弄清楚太阳能ＬＥＤ路灯使用地的经度与纬度：通过项目所在地的地理位置进一步得到使用地的气象资源信息，比如月（年）平均太阳能辐照情况、平均气温、风力资源等，根据这些条件从而可以确定当地的太阳能标准峰值时数（ｈ）和太阳电池组件的安装倾斜角与方位角。

（2）弄清楚项目路灯所使用的路况，结合路面对照度的要求通过计算选用合适的ＬＥＤ光源并确定灯具总功率（Ｗ）：ＬＥＤ光源功率的大小直接影响着整个系统的其它参数和工程造价。

（3）了解当地冬天和夏天夜长时间，确定合理的太阳能ＬＥＤ路灯平均每天晚上工作的时间（Ｈ）：这是决定太阳能ＬＥＤ路灯系统中组件参数大小的关键所在，通过确定工作时间，可以初步计算出灯具每天的功耗和与之相应的太阳电池组件的充电电流。

（4）根据气象信息了解当地连续３年来连续阴雨天数的情况，通过平均计算，太阳能ＬＥＤ路灯需要持续照明的连续阴雨天数（ｄ）：这个参数决定了蓄电池容量的大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳电池组件的功率，在连续阴雨天能否正常工作是考验太阳能路灯可靠性的直接依据。

（5）通过统计，了解当地３年来两个连续阴雨天之间的间隔天数Ｄ：这是决定系统在一个连续阴雨天过后充满蓄电池所需要的电池组件功率。

（6）为了便于理解对参数的确定，可以通过实例来说明太阳能ＬＥＤ路灯系统设计计算方法：太阳能路灯的设计思路具体是，先根据路面需求得到ＬＥＤ路灯所需的功率，确定太阳电池组件的功率，然后计算蓄电池的容量。但太阳能ＬＥＤ路灯又有其特殊性，为了确保系统工作的长期可靠性，所以在设计时需要特别注意查询了解当地的气象信息，根据这些气象信息初步确定系统的外在要求，从而为灯具的设计提供原始的计算依据。我们可以通过例子来说明太阳能路灯系统设计的具体方法：例如：需要在某地安装一批太阳能ＬＥＤ路灯，路面为双向４车道，灯距间隔３０米，灯竿高１０米，了解当地的时差信息，要求路灯每天工作８小时，保证连续７个阴雨天能正常工作。通过查询，当地地理位置东经１１４°，北纬２３°，年平均水平日太阳辐射为３．８２kＷ．ｈ/ｍ２，年平均月气温为２０．５度，多年来两个连续的阴雨天间间隔时长为２５天。根据以上信息，初步得出光伏组件安装的倾斜角为２６度，标准峰值时数约３．９小时；根据提供的路面需求，我们初步确定ＬＥＤ光源功率需要１００Ｗ，灯具总光通量９６００lm.下面再进一步详细计算：

①根据光源功率１００Ｗ计算ＬＥＤ路灯日均耗电量：Ｑ＝Ｗ×Ｈ/Ｕ＝１００×８/１２＝６６．６Ａｈ，式中Ｕ为系统蓄电池标称电压，一般蓄电池可以选择１２Ｖ或者２４Ｖ两种标称电压。

②满足路灯日用电的太阳能电池组件的充电电流：Ｉ１＝Ｑ×１．０５/ｈ/０．８５/０．９＝９．１Ａ，式中１．０５为太阳能充电综合损失系数，０．８５为蓄电池的充电效率、０．９为控制器的效率。

③确定蓄电池的容量：满足连续７个阴雨天正常工作的电池容量Ｃ：C=Q×（d+1）/0.75×1.1=66.6×8/0.75×1.1=781.4Ah，取782Ah；式中0.75为蓄电池放电深度，1.1为蓄电池安全系数。需要4节12V 200Ah的电池组成电池组。

④连续阴雨天过后需要恢复蓄电池容量的太阳能电池组件充电电流：Ｉ２=C×0.75/h/D=782×0.75/3.9/25=6A；式中0.75为蓄电池放电深度。

⑤太阳电池组件的功率为：（Ｉ１＋Ｉ２）×１８＝（９．１＋６）×１８＝２７０Ｗｐ；式中１８为太阳电池组件的工作电压。选取２块峰值功率为１３５Ｗｐ的太阳能电池组件。

通过这些计算，我们得到了系统的几个主要的参数，通过这几个参数，不难看出，系统所需的太阳电池组件的功率和蓄电池容量是比较大的，这无疑增加了灯具的成本；这也是目前许多路灯项目为了实施而减少了系统的参数，zui后导致工作不可靠的原因之一；但是，我想随着太阳能发电技术的不断提高和锂离子等新能源电池的成熟应用，它们的性价比会不断的提高，不久的将来，这些问题将不在成为制约灯具可靠性设计的障碍。

但是实际使用中，考虑到太阳在不同季节造成的阴影的变化，尤其是夏季和冬季，差别很大，有时夏季光照没有问题，但是冬季日照效果就差远了，所以在系统设计中也要予以充分的考虑；此外，灯具使用中还要考虑安装地的风沙灰尘及泥污对太阳能板的影响，冬天太阳能板面结冰等一系列实际问题，所以在系统设计中一定要有足够的功率预留空间，从而来保证灯具能够长期可靠的工作。

（7）在资金充足的地方，利用风力互补是解决太阳能ＬＥＤ路灯可靠性的重要手段，特别是在连续阴雨较多的城市，利用风力可以解决太阳能供电时超长阴雨天路灯无法正常工作的弊端。能够实现真正的无源照明。我国风力资源十分丰富．根据国家气象局的资料，我国离地１０米高的风能资源总储量约３２．２６亿千瓦，其中可开发和利用的陆地上风能储量有２．５３亿ｋＷ，近海可开发和利用的风能储量有７．５亿ｋＷ（如图４所示）。根据我国风功率密度地理分布图，合理的利用该地的地理资源以解决目前条件下太阳能ＬＥＤ路灯应用中的不足，在风能密度大的地方优先采用太阳能风光互补ＬＥＤ路灯，是*可以实现的。路灯风力发电设备安装一般约为１０m的高度，根据该地１０m高风功率密度指标查看风功率密度等级表（如表１所示），就很容易知道该地是否适合推广风光互补ＬＥＤ路灯。

太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性。可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳能和风能是可再生能源中利用比较广泛的两种。利用风光互补技术是解决现有太阳能ＬＥＤ路灯缺陷，提高路灯工作可靠性的主要手段，在资金保证的前提下，应在条件具备的地方优先推广。风光互补路灯系统具备了风能和太阳能产品的双重优点，没有风能的时候可以通过太阳能电池组件来发电并储存在蓄电池，有风能，没有光能的时候可以通过风力发电机来发电并储存。风光都具备时，可以同时发电。在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电的单一性，使供电系统更具稳定性和可靠性。运行的时候通过蓄电池向负载放电，为负载提供电力。路灯开关无须人工操作，由智能时控器自动感应天空亮度进行控制。

4 太阳能LED路灯中的关键部件对可靠性的影

4.1 太阳电池组件的可靠

（1）太阳能电池的封装工艺及选择：太阳能电池的主要功能是将太阳的光能转换成电能，这个现象称之为光伏效应。在众多太阳光电池应用中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种，在选择时要根据路灯的使用环境合理应用。

多晶硅太阳能电池的生产工艺相对简单，由于多晶硅太阳能电池技术的不断进步，其转换效率得到了不断的提高，价格比单晶硅低。在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好。

单晶硅太阳能电池的效率比较高，因单晶硅太阳能电池电性能参数比较稳定，但价格高于多晶硅太阳能电池。在阴雨天比较多，阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好。

而非晶硅太阳能电池在室内或者阳光很弱的情况下使用比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。

太阳能电池是利用光伏效应把太阳的光能转换成电能。对于硅电池来说，在标准条件下（光谱照度：１００Ｗ/ｍ2，光谱：ＡＭ１．５，温度：２５℃），它的开路电压为０．４８～０．６Ｖ。将多个单体太阳能电池连接，并进行封装，可以构成不同面积、不同功率的太阳能电池组件，一般统称为太阳能电池板。单体太阳能电池一般是不能使用，实际应用较多的是太阳能电池组件。

太阳能电池与太阳幅照度的对数成正比，具有负的温度系数，即温度每上升一度，电压便下降２ｍＶ～３ｍＶ，所以在设计时要考虑结合当地的气温情况。

太阳能电池的封装形式主要层压工艺和滴胶工艺有两种，封装工艺不同将直接影响着太阳能系统的使用寿命。采用层压工艺封装的太阳能电池可以保证２５年以上的工作寿命，其工艺特性和使用寿命优于滴胶工艺封装的形式，所以在太阳能电池设计选型时，对厂家的封装工艺也要予以考虑。

对太阳能电池工艺上确定后，具体订购产品时，还必须对不同厂家提供的太阳能电池组件的下面这五个主要的电气性能参数进行比较，才能选用质量可靠的产品。

Ａ、Ｉｓｃ＝短路电流；
　　Ｂ、Ｉｍ＝峰值电流；
　　Ｃ、Ｖｏｃ＝开路电压；
　　Ｄ、Ｖｍ＝峰值电压；
　　Ｅ、Ｐｍ＝峰值功率＝（Ｉｍ×Ｖｍ）。

（2）太阳能电池组件功率的选择：

太阳能电池峰值功率是标准条件下（ＳＴＣ）太阳能电池（组件）输出的zui大功率，单位为峰瓦，用符号Ｗｐ表示。欧洲委员会定义的１０１标准，辐射强度１０００Ｗ/ｍ大气质量ＡＭ１．５，电池温度２５℃）。

太阳能电池（组件）的输出功率取决于太阳幅照度、太阳光谱分布和太阳能电池（组件）的工作温度。在不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。所以在灯具的设计中，我们不能盲目的认为，只要有阳光充足的地方就会有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在灯光下也可以正常使用。

如果按面积来简单的计算，在当前的工艺下，每平米的太阳能电池的输出功率大约为１２０Ｗ；随着光电转换效率的不断提高，其输出功率也将逐步的增大。太阳能电池组件输出功率的选择，要根据太阳能ＬＥＤ灯具的光源功率、控制器的功耗以线路的损耗、使用时间和当地的气候地理条件等多方面因素综合考虑，并通过前面例子的计算方法来确定。

（3）太阳能电池组件必须有合理科学的安装倾角：

由于我国南、北纬度跨越较大，太阳能电池组件安装倾斜角度要随安装地区纬度的不同而相应的调整。一般情况下，长江以南地区的安装倾角约在３０度；长江以北地区的安装倾角约在４５度；东北地区应约在５０度。安装方向为正南方或偏西５度。如果是水平放置的太阳能电池，其输出功率将降低１５％～２０％。安装地点的选择应能够满足组件在当地一年中光照时间zui少天内，太阳光从９：００~15：００能够照射到组件。

太阳电池组件工作时其安装方向应保证zui大限度地接收日光照射，考虑了一天内阳光入射方向的变化和一年内冬季和夏季太阳距地平线高度的不同。建议在一般情况下组件应朝赤道方向倾斜安装，即北半球组件受光面应朝向南方，南半球组件受光面应朝向北方。一般情况下其组件与地面的夹角应参照当地纬度±（５°~１０°），在长江下游太阳能电池的倾斜角度约为４０°，方向为正南方。具体应用中可参阅我国主要３０个城市平均日照及*安装倾角（如表２所示）。

在实际现有的工程应用中，有些太阳能灯具为了美观将太阳能电池水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少１５％~２０％，有的厂家甚至在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少约５％，太阳能电池价格昂贵，通过对国外太阳能灯的研究，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。

（4）太阳能电池组件安装时要防止太阳能电池组件的热岛效应问题：

太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被树叶等遮挡物长时间遮挡，被遮挡的单片太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，甚至会造成整个太阳能电池组件损坏，这就是所谓热岛效应。所以在灯具的安装施工中要防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，并且尽可能的远离树木，使太阳能电池表面不能附着遮挡物。

另外，太阳电池组件的电压会随着温度的升高而降低，由于高温的影响，电池组件的电压损失约２Ｖ，而充电过程控制器上的二极管压降０．７Ｖ，所以一般选择工作电压为１８Ｖ的组件较好。

由于太阳能路灯的特殊性，太阳能电池板一般安装在灯杆上，对于路灯杆而言，一般都是７米以上，重心较高，而且大部分太阳电池板都是悬挂式，为增强整套设备的抗风力，一般选择多块太阳电池板组成所需要的组件功率，并且安装时要根据当地的季风特点尽量的避开迎风面，防止太阳能板风阻过大。

4.2 蓄电池（组）的可靠性

由于太阳能路灯系统蓄电池的充电直接由太阳能电池提供，得到的能量极不稳定，所以要配置容量合理、性能可靠的蓄电池，以保证光伏发电系统的正常工作。一般有铅酸蓄电池、Ｎｉ－Ｃｄ蓄电池、Ｎｉ－Ｈ蓄电池，胶体电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。通过前面的计算我们知道，蓄电池容量的可靠性选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。

蓄电池的选择主要要根据太阳能电池和灯具的功率来确定的，在太阳能ＬＥＤ路灯系统中，通常选用较多的是免维护铅酸蓄电池。免维护铅酸电池是一种新型的蓄电池，它采用全密封方式，放电率高，特性稳定；无需加水；安装简单，占地面积小，可水平和垂直安装；理论寿命一般为５～７年。

如果蓄电池容量过小就不能满足夜晚照明时长的需要，特别是出现连续阴雨天时，灯具将会连续数天出现黑灯现象，这将是系统zui致命的缺陷；如果蓄电池容量设计过大，蓄电池长期处在亏电状态，容易缩短蓄电池寿命，同时也浪费不必要的投资。

在选择蓄电池时，须要考虑放电率对蓄电池容量的影响，温度对蓄电池容量的影响，放电深度对蓄电池容量的影响等几个方面。所以一定要选用深循环的太阳能蓄电池。蓄电池在进行并联连接时，需要考虑各单体电池间的不平衡影响，单体电池必须经过配对测试才能使用，通常情况下并联组数不宜超过４组。

磷酸铁锂电池是目前*的太阳能灯具电池，是继锰酸锂电池之后发展起来的新型环保电池，在未来的５年内会成为铅酸电池的有力竞争者，在未来的１０年内可能会取代铅酸电池，随着技术的不断成熟和价格的下降，或许未来会成为主要的灯具电源。这是因为它具有以下的优点：

①超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在３００次左右，zui高也就５００次，磷酸铁锂电池的循环寿命达到２０００次以上，同样条件下使用，将达到７－８年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的４倍以上。

②使用安全，磷酸铁锂经过严格的安全测试，即使在zui恶劣的环境中也不会产生爆炸。

③耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达３５０℃~５００℃，而锰酸锂和钴酸锂只在２００℃左右。

④无记忆效应，可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电，和适合太阳能板对电池的不间断充电。

⑤容量大、体积小、重量轻，同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的２/３，重量是铅酸电池的１/３。

⑥绿色环保，铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质，不会对环境构成任何污染被*为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中，均无污染。

所以，磷酸铁锂电池是值得推广和使用的ＬＥＤ灯具电源，也是解决太阳能ＬＥＤ路灯蓄电池可靠性的有效方法。

４．３　充放电控制器的可靠性

太阳能ＬＥＤ灯具能否可靠的工作，一个性能良好的充放电控制电路是至关重要的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电，另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂的多。太阳能灯具的可靠性与否，往往取决于充放电控制电路的性能。

所以控制器是太阳能ＬＥＤ灯具系统中zui重要的部件，它的zui大功能是对蓄电池进行全面的管理，其性能直接影响到系统的可靠性和稳定性，特别是对蓄电池的寿命及充电质量的影响。目前较好的控制器一般要选用工业级的ＭＣＵ做主控制器（如图５所示），通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制ＭＯＳＦＥＴ器件的开通和关断，达到对蓄电池过充过放的控制和保护功能。尤其是如果采用智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护，使蓄电池更能可靠地长久工作。

在进行路灯控制器设计时，应当根据蓄电池的特性，设定各个关键参数点，比如蓄电池的过充点、过放点，恢复连接点及ＳＯＣ放电控制等。特别需要注意控制器恢复连接点参数，由于蓄电池有电压自恢复特性，当蓄电池处于过放电状态时，控制器切断负载，随后蓄电池电压恢复，如果些时控制器各参数点设置不当，则可能出现灯具闪烁不定，缩短蓄电池和光源的寿命。充放电控制器必须具备这几个主要功能：防反充电、防过充电、防过放电以及温度补偿功能，同时必须具有恒流恒压充电的基本功能。

防止反充电功能，一般zui简单的方法就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。另外，还可以用场效应晶体管控制防止反充电功能，它的管压降比肖特基二极管更低，只是控制电路要比前面复杂一些。

防止过充电功能，可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。过充电保护功能关键是防止过充电压点的选择，单节铅酸蓄电池为２．２Ｖ。

防过放电功能，除了Ｎｉ－Ｃｄ电池外，其它蓄电池一般都要具有防止蓄电池过放电功能，因为会造成蓄电池过放电*性损坏。需要注意的是，太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜设置过低。

温度补偿功能，蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的，所以太阳能灯系统应该有一个受温度控制的基准电压。对于单节铅酸蓄电池是－３--７ｍＶ/℃，我们通常选用－４ｍＶ/℃。

蓄电池充放电控制是整个系统的重要功能，它影响整个太阳能路灯系统的运行效率，还能防止蓄电池组的过充电和过放电。蓄电池的过充电或过放电对其性能和寿命有严重影响。充放电控制功能，目前比较成熟的按控制方式可分为开关控制（含单路和多路开关控制）型和脉宽调制（ＰＷＭ）控制（含zui大功率跟踪控制）型。开关控制型中的开关器件，可以是继电器，也可以是ＭＯＳ晶体管。脉宽调制（ＰＷＭ）控制型只能选用ＭＯＳ晶体管作为其开关器件。采用脉宽调制控制器方式，并选用ＭＯＳ晶体管作为开关器件。当白天晴天的情况下，根据蓄电池的剩余容量，选择相应的占空比方式向蓄电池充电，力求高效充电；夜间根据蓄电池的剩余容量及未来的天气情况，通过调整占空比方式进而调节ＬＥＤ灯亮度，以保证均衡合理使用蓄电池。

太阳能路灯由多个ＬＥＤ灯串联而成，亮度可通过ＰＷＭ方式调节，即通过控制电路的ＥＮ端改变流经ＬＥＤ的电流，从而调节ＬＥＤ灯亮度，电流强度可以从几十毫安到１安培，zui终使ＬＥＤ灯达到标称的亮度。

ＰＷＭ控制信号可由微控制器产生，也可由其它脉冲信号产生，ＰＷＭ信号可使通过ＬＥＤ灯的工作电流从０变到额定电流，即可使ＬＥＤ灯从暗变为正常亮度。ＰＷＭ占空比越小（高电平时间长），亮度越高。利用ＰＷＭ控制ＬＥＤ的亮度，非常方便和灵活，是zui常用的调光方法，ＰＷＭ的频率可从几十Ｈｚ到几千ＫＨｚ。

ＰＷＭ调光是通过控制ＭＯＳＦＥＴ晶体管实现的。由于一般路灯系统的单元采用的电压是由几个蓄电池串联产生的，所以在选用ＭＯＳＦＥＴ晶体管时，首先要考虑ＭＯＳＦＥＴ的耐压，要求ＭＯＳＦＥＴ的耐压要高于４０Ｖ；其次，根据驱动ＬＥＤ灯电流的大小，选择ＭＯＳＦＥＴ的ＩＤＳ的zui大电流。在直流供电情况下，首先考虑的是ＩＤＳzui大电流值和ＲＤＳ值。一般情况下，应选用ＭＯＳＦＥＴ的ＩＤＳzui大电流是ＬＥＤ灯驱动电流的５倍以上；另外还要选择ＭＯＳＦＥＴ的内阻要小；ＬＥＤ驱动电流越大，ＲＤＳ应越小，ＲＤＳ越小，变换效率越高。

此外充放电控制系统还应具有对蓄电池过充的保护功能（如图６所示），即充电电压高于保护电压（１５Ｖ）时，自动调低蓄电池的充电电压；此后当电压掉至维护电压（１３．２Ｖ）时，蓄电池进入浮充状态，当低于维护电压（１３．２Ｖ）后浮充关闭，进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压（１０．８Ｖ）时，控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过ＰＷＭ方式充电，既可使太阳能电池板发挥zui大功效，又提高了系统的充电效率。对蓄电池的反接、过充，过放具有相应保护措施。

４．４　ＬＥＤ光源的选择与可靠性分析

光源的选型对于太阳能路灯来说也是zui关键的一步，目前针对太阳能路灯的光源较少，目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、低压钠灯和ＬＥＤ光源。为减少有限能量的损失，光源尽量选ＬＥＤ光源。ＬＥＤ作为半导体光源，具有其它光源*的优势，特别从节能角度来说是太阳能路灯zui为理想的光源，ＬＥＤ路灯光源是低电压，低功耗、环保节能型路灯光源，适合在各种场合的照明使用。ＬＥＤ路灯驱动电源是专门针对ＬＥＤ路灯系统配套的，为ＬＥＤ灯具提供恒流的电源。ＬＥＤ光源可以通过ＰＷＭ控制，在需要的时候（上半夜天黑人多车多的时候）以高效率增强模式点亮ＬＥＤ灯具，提供良好的照明，而其它时间段（后半夜人车稀少的时候）则以超节能模式输出，节约蓄电池的电力消耗。

单颗的ＬＥＤ光源通常ＶＦ在３．０~３．６之间，在路灯设计中通常以串联和并联的方式工作。所以在是设计驱动电源的方案时，要充分考虑串并联的个数和路数，这将涉及到控制系统的输出电压，如果串联个数过多，控制系统就要升压，系统自身的功耗势必增大；电压过低时，灯头到灯竿底部的电源系统的线损又会增大。所以在设计时要在二者之间选择一个折中的方案。

ＬＥＤ路灯光源种类的选择也很重要，它要根据外壳的散热条件以及灯具的配光要求来决定，同时，要根据选择好的光源数量设计合理的光源串并联方案，zui后再确定驱动电源的输出电压和电流。由于大功率ＬＥＤ光源受封装工艺的限制，目前应用比较成熟的且适合路灯光源的ＬＥＤ主要有有以下３种结构型式，到底选用哪一种，要根据灯具的使用路面状况要求和功率需求来确定。

小功率贴片型ＬＥＤ光源（如图７所示）常见的有３５２８和６０５０两种封装形式，在路灯应用中一般与铝基板焊接可采用回流焊，工艺自动化高；做成灯条后整体导热接触充分，导电性能良好，所以生产效率高，成品率也相对高。ＬＥＤ贴片体积更小，由于路灯的总功率较大，需要数十颗甚至上百颗进行串并组合，所以在焊接装配前一定要对光源进行光色和ＶＦ值分档，同一灯具尽量选用光色*的，ＶＦ值接近的光源，这样才能保证电路上匹配和光色上的*柔和；ＶＦ值的匹配对整灯的可靠性影响很大，否则会造成早期个别光源光衰过大或者死灯。

大功率基座（基板）型ＬＥＤ光源（如图８所示）：这是目前在路灯应用中zui多也zui成熟的方案。一般采用多颗ＬＥＤ光源进行串联后在分几组并联。这种封装结构的光源目前光效zui高，目前已达１００ＬＭ/Ｗ以上，性能较稳定，也是功率zui大应用zui成熟的光源，目前的技术能力达到了１Ｗ和３Ｗ以及５Ｗ的规格。单颗大功率ＬＥＤ受封装工艺影响，光强分布近似朗伯源的点光源或者蝙蝠翼型的点光源两种模式，一般出光角度６０°－１２０°。在路灯设计时，光学设计需要二次光学配光才能达到理想效果。

多芯片集成型ＬＥＤ光源（如图９所示）：多芯片集成型白光ＬＥＤ具有*的优势，通过不同的串并联组合，可以实现各种不同的额定电压和电流，可以更好地与驱动电路和控制器匹配，提高整体发光效能，降低成本；单位面积的芯片数可多可少，可以封装成各种不同的点和面光源。这种路灯安装工艺简单，由于多点发光，二次光学设计的难度大。由于一般单颗就能作到路灯需要的６０Ｗ甚至到２００Ｗ，所以对灯具的散热要求也比较苛刻。灯具设计时灵活性不大，受芯片局限性大，但光学系统及灯具结构可以借鉴老式路灯的外壳，可以节约前期开发成本。如果要专门为之作配光设计时，难度较大，由于为面光源，势必要造成一部分光浪费。虽然这种方案价格相对较低，工艺简单，但因为它是通过封装多个小功率芯片组合而成，数颗ＬＥＤ瞬间产生的热量要持续的通过壳体导出，散热性能的良好直接决定了灯具长期工作的可靠性；所以在设计时如果只考虑了灯具的造型，就势必会对散热有所影响，长期使用会引起光源的色温漂移和照度降低。另外由于芯片内部为数颗小ＬＥＤ通过串并联方式（如图１０），众多芯片的个体差异会造成每串电路上的不平衡，如果封装工艺不成熟，很容易导致光源的光衰较大，而且使用中即使某几颗坏了，我们也无法发现，所以这些问题也直接影响着灯具的可靠性。

4.5 太阳能灯具系统安装的可靠性

虽然灯具在设计时已经进行了详细的计算，对关键部件选型也进行了严格的筛选，但是这些对于需要长期可靠工作的灯具来说还是远远不够的；除了在灯具组装中靠严格的工艺保证品质外，特别是在整个系统安装时更是要注意以下问题，如果安装不当会瞬间使灯具系统毁于一旦。

①灯头（光源组件和驱动电源）部分的防水要达到ＩＰ６５，灯头上的配件材料和表面处理要耐夏天的高温和冬季的严寒气温变化。

②路灯一般安装在１０米左右，ＬＥＤ属于敏感元件，灯具系统要具有好的防雷击措施。

③蓄电池一般安装在灯竿下，除了防水外，冬季要防冻，防止电池过早的老化。

④太阳能板面积相对较大，灯竿和太阳能板的安装结构上要具有较强的抗风能力。

通过对太阳能ＬＥＤ路灯系统设计中各个参数的可靠性分析，结合具体的关键部件对灯具可靠性的影响，我们认识到，太阳能ＬＥＤ路灯要真正的达到３年以上长期连续可靠的运行，除了在系统设计初期必须要经过详细的查阅了解灯具的外在环境信息，并经过科学合理的计算，从而确定比较确切的几个主要参数；同时在灯具具体的设计实施中，特别是在关键部件的选型中也要注意每个环节。总之，影响太阳能ＬＥＤ路灯可靠性的因素很多，我们必须谨慎的不断研究分析，再结合实际使用中出现的问题不断总结经验，进一步优化系统设计，才能确保我们研制的太阳能路灯能够正常的工作。

蓄电池选型参考：

移动公司：以基站用蓄电池'>蓄电池为主，每个基站一到两组备用蓄电池，主要为2V、300AH、400AH、500AH，每组24块；机房用蓄电池一般为：1000AH、2000AH、3000AH电池组，每组24块；

联通公司：以基站用蓄电池为主，每个基站一到两组备用蓄电池，主要为2V、300AH、400AH、500AH，每组24块，机房用蓄电池一般为：1000AH电池组；

网通公司及电信公司：主要为机房和各接进网点使用，根据各站点容量不同主要分为两类：
*类：较大功率站点使用电池组，主要为2V，以500AH和1000AH为主，也有200AH、300AH、1200AH电池组，每组24块；
第二类：较小功率站点使用电池组，主要为12V，以100AH和200AH为主，也有65AH、38AH电池组，每组4块；每个基站有多组，一般为2-6组；

金融系统：以营业网点UPS电源用电池为主，以12V、100AH和65AH为主，一般每个网点为2-4组。

电力系统：以变电站用电池组为主，一般为2V，200AH、300AH、400AH、500AH，每组110块，以11万伏变电站为基准，较大变电站有的为两组；规模较小的变电站也有12V，100-200AH，18块串联。另外，电力调度中心，通讯专网，电厂等也有很多备用或控制用蓄电池组。