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南昌航空大学自学考试毕业论文I南昌航空大学自学考试毕业论文题目太阳能LED路灯电路控制系统专业光伏材料及应用学生姓名余江涛准考证号036812300261指导教师任超2013年4月南昌航空大学自学考试毕业论文II摘要太阳能路灯是太阳能应用产品的重要代表，本文主要介绍了以单片机为核心的太阳能路灯控制器的设计，该控制器通过对蓄电池电压、充电电流等参数的检测判断，控制开关管的关断，来实现充放电控制和保护功能。对系统的硬件和软件的设计做了说明，系统采用PWM技术对蓄电池进行充电管理。与以往的控制器相比，此控制器成本低，可靠性高。本文设计了一种具有时控和光控相结合的太阳能路灯控制器，文中详细分析了控制器的电路组成和工作原理，简述了控制器的调试过程。太阳能路灯由太阳能电池、蓄电池、高亮度LED,控制器等部件组成，减少噪声污染：太阳能路灯运动部件很少，基本没有噪声。为积极响应国家节能减排、大力开发利用新能源的号召以实际应用为目的,围绕太阳能光伏发电技术和LED照明技术,设计了一套太阳能LED路灯系统。介绍了太阳能电池组件、光伏控制器、LED灯,蓄电池组的相关技术参数、选取原则及相互之间的容量匹配。根据各个器件的工作原理及工作环境,构建成一个具有可行性的小型光伏系统。通过与节能灯系统的相互比较,得出LED灯使用优于节能灯。不仅适用,而且环保。让我们提高使用LED灯的理念。关键词：“太阳能”,“控制器”,“充放电”,“LED”,“单片机”.南昌航空大学自学考试毕业论文III目录1.前言……………………………………………………….…...…...12.方案制定前的调查分析………………………………….…...…...22.1太阳能应用的前景…………………………………….…...…....22.2市场调查…………………………………………...….…..…...22.3太阳能路灯简介..........................................................................33.太阳能路灯各个部件的简单介绍……………………..…...............53.2太阳能电池的工作特性、原理及使用注意事项…………..……...53.3锂电池的特性…………………………………………..……...73.4LED的特性…………………………………………..….…...74.太阳能路灯的主要功能和组成……………………………..……...84.1主要功能…………………………………………………..…..84.2太阳能路灯的组成部份包括………………………………...…..85.太阳能路灯控制器……………………………………………..…...95.1原理………………………………………………………..…..95.2电池电压和电流的检测……………………………………........95.2.1.电压的检测……………………………………….…....95.2.2.充电电流的检测………………………………….….....95.3锂电池充电控制………………………………………….…..105.3.1锂电池的充电过程……………………………...….…..105.3.2具体的控制原理.............................................................115.4开关管的选择………………………………………..…..…...115.5照明部分的控制……………………………………….…..….12南昌航空大学自学考试毕业论文IV5.6光控电路…………………………………………...…..….......125.7供电电源…………………………………………....……........125.8程序的编写……………………………………………….....…135.9太阳能路灯控制器成本估计………………………………….....156.太阳能路灯照明部分的设计……………………………………..…..166.1使用LED作为照明的理由……………………………………......166.2LED驱动…………………………………………………….…..166.2.1LED驱动要求……………………………………….…166.2.2LED驱动电路……………………………………..…...176.2.3LED散热……………………………………………....187.太阳能电池和蓄电池的选型………………………………………….198．结语…………………………………………………………………...20参考文献…………………………………………………………………...21致谢………………………………………………………………………...22南昌航空大学自学考试毕业论文11．前言当煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,很多国家都正在开发新的能源.寻求经济发展的新动力,由于太阳能是一种可再生能源,用之不尽,是一种理想的能源,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。我国是一个太阳能资源非常丰富的国家。加上我国的光伏产业的迅猛发展。太阳能产品具备很广的市场。在照明灯具中，作为技术和艺术相结合的太阳能路灯已开始在很多地方推广应用。太阳能路灯具备很多优点：安装、维护方便，不需和电网相连接，所以不需要挖坑埋电缆或架设电缆。安装的地点灵活方便。太阳能路灯只需太阳能作为能源，不污染环境。为了能更好地利用太阳能。本文就针对太阳能的利用，制定一个太阳能路灯控制系统的设计方案。一个完整的路灯由四个部分组成:太阳能电池、蓄电池（锂电池）、控制器、LED照明。随着世界能源危机的加剧,各国都在寻求解决能源危机的办法,一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用:另一条是寻求新的节能技术,降低能源的消耗,提高能源的利用效率。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于2.5亿万桶石油,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受重视。同时,也随着太阳能光伏技术的发展和进步,太阳能灯具产品在环保节能的双重优势,太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模,太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善..南昌航空大学自学考试毕业论文22．方案制定前的调查分析2.1太阳能应用的前景太阳能可以说是用之不竭能源，利用好太阳能可以解决人类能源问题。整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的，高达3.865*1026J，相当于每秒钟燃烧1.32*1016t标准煤所发出的能量。虽然太阳距离地球远在1.5*108km。之外，它的能量有22亿分之一到达地球之上[1]。平均来说，在地球大气外面正对着太阳的1M2的面积上，每分钟接受的太阳能量大约为1367W。这是一个很重要的数字，叫做太阳常数。总之到达地球范围内的太阳总辐射能量大约为1.73*1014kW。其中，被大气吸收的太阳辐射能大约为4.0*1013kW，约占到达地球范围内的太阳总辐射能量的23%;被大气分子和尘粒反射回宇宙空间的太阳辐射能大约为5.2*1013kW，约占30%;穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为8.1*1013kW，约占47%。在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为1.7*1013kW，大约占到达地球范围内的太阳总辐射能量的10%。到达地球陆地表面的这1.7*1013kW是个什么量级呢?形象地说，它相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。在陆地表面所接受的这部分太阳辐射能中，被植物吸收的仅占0.015%，被人们利用作为燃料和食物的仅占0.002%，已利用的比重微乎其微。在我国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳能总辐射量为3340-8400MJ/（m2*a），中值为5852MJ/（m2*a）。从全国太阳能年总辐射量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳能总辐射量很大。可见，利用太阳能的潜力是相当大的，开发利用太阳能为人类服务是大有可为的。2.2市场调查一个完整的路灯由四个部分组成:太阳能电池、蓄电池（锂电池）、控制器、LED照南昌航空大学自学考试毕业论文3明.四个部分中价格最昂贵的是太阳能电池.中国光伏产业正以每年30%的速度增长，2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW，较2004年猛增了179%，2006年达到400MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，产能则达到惊人的1180MW。锂电池的寿命也比较长,只要充放电控制部分做得好一些以保证蓄电池不要过充过放等.由以上分析可知,做一个小的庭院灯价格为2000-3000元(包括蓄电池,控制器,LED灯),功率更大的路灯价格更是昂贵.总体价格高,但一次性投资便可使用20-30年,既省去以后20、30年的电费和维护费。既省电又环保.从长远来看,应该是值得选择的。2.3太阳能路灯简介太阳能路灯太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池（胶体电池）储存电能，超高亮LED灯图1.2.2太阳能路灯具作为光源，并由智能化充放电控制器控制，用于代替传统公用电力照明的路灯。无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费；采用直流供电、光敏控制；具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点。如图1.2.2，可广泛应用于城市主、次干道、小区、工厂、旅游景点、停车场等场所。二、产品部件灯杆结构1、钢质灯杆及支架，表面喷塑处理，电池板连接采用专利防盗螺丝。一、太阳能系统组成南昌航空大学自学考试毕业论文4二、太阳能路灯系统可以保障阴雨天气15天以上正常工作！它的系统组成是由（包括支架）、LED灯头、太阳能灯具控制器、蓄电池（包括蓄电池保温箱）和灯杆等几部分构成。三、结构参数*主体材料：灯杆为全钢结构、整体热镀锌/喷塑处理*太阳能电池组件：晶体硅15-80WP（按负载配置）*系统工作电压：直流12V—24V*控制器：太阳能灯具专用控制器，光控+时控，智能控制（天黑灯自开，天亮灯自熄灭）*储能电池：全封闭免维护铅酸蓄电池12V17Ah—80Ah（根据负载配置）*光源类型：节能高功率集成LED，稀土高效节能灯（可按客户要求配置）*防护等级：IP65*使用温度：-30度至70度，抗风力≥150Km/h*照明时间：4～14小时（可根据需要调节）*灯杆高度：2～4米*阴雨天保证：可连续工作4~5个阴雨天（区域/季节不同有差异）1、道路照度与适用范围中国太阳能产业联盟网，根据《城市道路照明设计标20lx，均匀度0.4，主干路平均照度15lx，均匀度0.35，次干路平均照度8lx，均匀度0.35，支路平均照度5lx，均匀度0.3。我们采用“飞利浦”公司专门特制的石晶低压钠灯，完全达到国家标准，满足快速路与主干路的使用。南昌航空大学自学考试毕业论文53.太阳能路灯各个部件的简单介绍3.1太阳能电池的工作特性、原理及使用注意事项太阳能电池单体是用于光电转换的最小单元，它的尺寸一般为4cm2到5cm2。太阳能电池单体工作电压为0.45一0.50V，工作电流为20-25mA/cm2，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串联、并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，它可以满足负载所要求的输出功率，如图3.1.1所示。图3.3.1太阳能电池的单体、组件和方阵太阳能电池的工作原理如下：光是由光子组成的，而光子是含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定。光被晶体硅吸收后，在PN结中产生一对对的正、负电荷，由于在PN结区域的正、负电荷被分离，于是一个外电流场就产生了，电流从晶体硅片电池