1、1光伏技术在交通信号灯中的应用摘要：本文以天津某片区为例，将光伏技术应用于传统的交通信号灯中，重点阐述了交通信号灯的系统组成及各个模块的选择。该系统实现了无市电条件下信号灯的正常运行以及主机与各信号灯的无线通讯，并在节省建设成本的同时缩短了建设周期。 关键词：光伏技术交通信号灯 中图分类号：U491.5+1 文献标识码： A 引言 光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等到于 2.5 亿万桶石油,可以说是取之不尽
2、、用之不竭。本文在传统交通信号灯的基础上，结合天津某片区现状道路情况，将光伏技术运用于该片区的交通信号灯。 方案 1 具体设计要求 交通信号灯每天可靠持续正常时间为 24 小时。 由于天津某片区近期无可用市电电源，交通信号灯只能由光伏系统供电，而该片区最大预计连续阴雨天数为 10 天，光伏系统须在连续 10天无光照条件下，电源系统仍可可靠持续供电。 2（3）系统具有室外全天候工作的能力，具有符合防尘、防水和防盐雾能力； （4）具备欠压黄闪、系统信号异常黄闪功能。 （5）具有良好的抗干扰性。 2 方案设计 根据设计要求，本交通信号灯系统应具备以下模块：光伏组件、充放电保护器、蓄电池、信号灯控制系
3、统，其中信号灯控制系统又包括信号主机、无线信号发射机、南北向无线信号接收机、东西向无线信号接收机。本系统图如图 1 所示。 图 1 交通信号灯系统图 模块选择 1 光伏组件 （1）单晶硅电池和多晶硅电池 光伏组件有两种：单晶硅电池和多晶硅电池。前者的光电转换效率为 16 18 ，后者的光电转换效率为 1417。单位面积的情况下，单晶硅组件的功率稍微高于多晶硅组件，并且单晶硅组件在弱光下的发电能力高于多晶硅，而单位功率的价格，单晶硅组件和多晶硅组件一样。1结合单晶硅电池和多晶硅电池的优缺点，本系统选用单晶硅组件。 （2）光伏组件的安装方向 为了发挥光伏电池最大的效率，必然要考虑光伏组件的安装方向
4、。3本系统采用了固定式光伏方阵，其安装方向应尽可能朝向赤道倾斜安装，这样既可以增加全年接收到的太阳辐照量，还能提升冬季光伏组件上的太阳辐照量，而同时还降低夏季的辐照量。2本次设计交通信号灯位于天津市，所以其最佳安装角度为 39.10+544.10，安装方向为正南方。（3）光伏组件的功率 光伏组件的功率为： 其中为信号灯的功率，T 为折合满功率工作时间，E 为为 lkW 光伏组件实际日平均发电量。 在本系统中，每套信号灯组满功率工作的功率为 55W，黄闪工作的功率为 30W，7：00 至 22：00 为满功率工作时间，22：00 至第二天 7：00为黄闪工作时间，天津市日平均光伏组件发电量为 3
5、.05kWh/kW，所以每个灯杆的光伏组件的功率为：，本系统选择的光伏组件为三块 150W 的太阳能电池板。 2 蓄电池 蓄电池的容量由负载日耗电量和最大预计连续阴雨天时间决定，那么蓄电池的容量为：，其中 N 为连续阴雨天时间，U 为蓄电池电压。 本系统设计条件中说明，该片区最大预计连续阴雨天时间为 10 天。为了保证交通信号灯能够在连续 10 天无光照条件下仍能正常工作，蓄电池的容量应该为：，本系统选择的蓄电池为 5 块 12V200Ah 的铅酸蓄电池。3 充电保护器 4充电保护器是具有自动防止太阳能光伏电源系统的贮能蓄电池组过充电和过放电的设备，它是光伏发电系统的核心部件之一。控制器最重要
6、的作用就是防止蓄电池过度充电和过度放电。图 2 是一个基本的充放电控制器的工作原理图。开关 1 和开关 2 分别为充电开关和放电开关。开关 1 闭合时，由光伏组件给蓄电池供电，当蓄电池出现过充时，开关1 能及时切断充电回路，使光伏组件停止向蓄电池供电，开关 1 还能按照预先设定的保护模式自动恢复对蓄电池的充电。开关 2 闭合时，由蓄电池给负载供电，当蓄电出现过放电时，开关 2 能及时切断放电回路，蓄电池停止向负载供电。当蓄电池再次充电并达到预先设定的恢复充电蹼时，开关 2 又能自动恢复供电。 图 2 充电保护器原理图 4 信号灯控制系统 信号灯控制系统由信号主机、无线信号发射机、无线信号接收机
7、组成，其中信号主机负责信号配时方案，信号发射机将信号灯的控制方案通过无线传输给信号接收机，信号接收机收到信号后将控制信号灯的正常运行。一套无线信号控制系统采用两种频率传输，即东西方向采用 A频率传输控制信号，南北方向采用 B 频率传输控制信号。信号在传输时采用间歇性传输，每隔一定时间发送一次信号，在信号状态进行改变时强行发出信号以改变灯色状态，不会因为配时时间与间隔时间不成整数倍而丢失数据。 信号控制系统采用无线电管理委员会规定的公共频道，无需向无线5电管理委员会申请，又因为系统采用加密性传输协议，既不会对周围无线电用户造成影响，也不会受到周围无线电用户的干扰。 结论 光伏技术和无线通讯技术的应用，既节省了敷设电缆及预埋管的费用，也缩短了施工的工期。本文已在天津某片区内实施，使用效果良好，工作稳定，能够满足最初的设计要求，并且最大化的节省能量。 参考文献 1 李金刚,李果华光伏道路照明系统的设计与研究J照明工程学报，2008，19(2)：5457 2 沈辉，曾祖勤太阳能光伏发电技术M北京：化学工业出版社，2006
