“如何把太阳能路灯的电池容量(Ah / Wh)与目标夜间点亮时间匹配”讲清楚,并给出几个带数字的示例和常用经验值,方便直接套用或做快速估算。
一、核心思路
先算出灯具每天夜间消耗的能量(瓦时 Wh),把系统损耗、蓄电池可用深度(DoD)、低温与老化余量都计入,得到所需电池的总能量(Wh),再按系统电压换算成安时(Ah),最后选取适当的电池类型与容量并留安全裕量。
二、计算步骤(逐步公式)
1. 计算灯具日耗能量(夜间)
日耗 Wh = 灯功率 W × 夜间点亮小时数 h
2. 考虑系统效率和备用(实际要从电池放出的能量)
实际需储能 Wh = 日耗 Wh / (充放电效率 × 控制器/线路效率)
常用近似:
充放电效率(铅酸)≈ 0.9,锂电(LiFePO4)≈ 0.95
控制器与线损合计(含温度、接头、LED驱动损耗)≈ 0.85 ~ 0.95(常用 0.9)
3. 考虑蓄电池允许放电深度(DoD)
标称电池容量 Wh(必须为电池可用总能量) = 实际需储能 Wh / DoD
例如 DoD:铅酸推荐 0.5(50%),密封铅酸可取 0.4~0.5;LiFePO4 推荐 0.8(80%)或更高。
4. 计算电池安时(Ah)
电池额定 Ah = 电池名义能量 Wh / 系统电压 V
即 Ah = (日耗 Wh / (充放电效率 × 控制器效率 × DoD)) ÷ V
5. 加上温度与老化裕量
低温和长期容量衰减会降低可用能量。常见做法是在最终容量上再增加 10%~30% 作为裕量(极端低温或要求多天离网时使用更高裕量)。
常用经验参数(工程取值)
控制器/线路效率(system_eff)取 0.9(90%)作为常规估计。
铅酸可用 DoD 0.4~0.5;LiFePO4 可用 DoD 0.8~0.9。
充放电效率:铅酸≈0.9、LiFePO4≈0.95。
温度修正:若环境常年低于 0 ℃,电池容量按 0.8(即减20%)修正(铅酸更敏感)。
备用天数(Autonomy):若要在连续阴天时仍能供电,乘以备用天数(如 2~3 天)。
三、设计时必须考虑的额外因素:
1. 备用天数(阴雨天)——若要 2 天不日照,电池容量乘以 2;3 天乘以 3。
2. 低温容量损失——铅酸在低温下容量下降明显,必要时根据当地最冷月平均温度做折减(常取 80% 或更低)。
3. 电池老化——制造商给出 80% 容量寿命年限,根据目标寿命(如 5 年)考虑初期需更大容量。
4. 放电速率(C-rate)——大电流放电会影响有效容量,需确认灯具放电率是否会导致容量下降。
5. 电池并联/串联的实际可用 DoD 与均衡需求,尤其铅酸并联容易不均衡。
6. 充电电流与太阳能板输出匹配。若充电不足,实际可用能量下降。
四、PV 面板与控制器的配合(简要)
电池容量确定后,需保证光照日平均发电 ≥ 日耗 / 充电效率。常用公式:
所需 PV 峰瓦数 Wp ≈ (日耗 Wh) /(峰日照小时数 × 充电效率)
示例:上面 360 Wh 日耗、峰日照 4 小时、充电效率(含MPPT)0.9:
所需 Wp ≈ 360 / (4 × 0.9) = 360 / 3.6 = 100 Wp(约)
再加上蓄电池充满与保留电量、以及阴天容错,通常多留 20%~50%。