太阳能LED路灯的课程设计

I课程设计课程名称新余市的太阳能路灯设计班级10级光伏发电（1）班专业光伏发电技术及应用学号：1003030129姓名：肖国豪指导教师：李玲提交日期：2012年06月21日课程设计成绩：I摘要随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭的安全、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。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。研究方法是设计步骤中的核心问题，最终采用了限流控制器，该控制器为结合铅酸蓄电池充放电特性和太阳电池伏安特性，专为负载LED灯具设计一款充放电控制器，其利用PWM技术队LED进行稳压限流供电，从而达到延长LED使用寿命的目的。此外充电电路太阳能路灯系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳光能直接转换为电能，选择一个合适的蓄电池的充电管理模式，并要求对电压的实时监测。以及配合控制器的指令控制最终能够有效的完成白天利用太阳能电池板对蓄电池的充电，晚上蓄电池释放能量点亮LED灯。太阳能LED灯照明技术正在为照明史上继白炽灯、荧光灯之后又一场照明光源的革命。关键词:LED、光伏技术、太阳能路灯II目录摘要........................................................I前言......................................................IV第一章新余市的基本气象、地理情况.............................11.1新余市的地理情况..........................................11.2新余市的基本气象..........................................1第二章LED路灯系统设备的选型.................................12.1太阳能路灯的组成。........................................12.2工作原理..................................................12.3太阳电池组件的选择........................................22.4控制器的选择..............................................22.5蓄电池的选择..............................................22.6LED灯的选择.............................................32.7LED灯灯杆的选择.........................................3第三章LED路灯的设计.........................................43.1太阳电池方阵倾角和方位角的设计...........................43.2LED路灯系统中蓄电池数量的设计..........................53.3LED路灯系统中太阳电池组件的设计........................5（1）太阳电池方阵的输出电流...................................5(3)太阳电池方阵输出电压.......................................6III（4）太阳电池方阵的功率.......................................7第四章LED路灯设计总费用及性价比分析........................74.1LED路灯设计的总费用预算................................74.2LED路灯系统与节能灯系统性价比对比分析..................7第五章系统总寿命、发电量及几年收益的预算.....................85.1系统总寿命的预算..........................................85.2发电量的预算..............................................85.3几年能够收益的预算........................................8第六章太阳能路灯的安装示意图................................9参考文献.....................................................10课程设计心得体会.............................................11IV前言由于地球资源的日益疲乏，基础资源投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的宝贵资源，我们就应该好好的利用他，让他为人类造福，然而太阳能路灯的问世，也解决了很多现实问题，如市政建设中路灯安装复杂，照明电费昂贵，以及存在诸多安全隐患，而太阳能路灯从根本上解决这些问题，况且现在技术也相当成熟，太阳能路灯节能、无消耗、绿色环保，所以将来的太阳能路灯一定可以在节能、环保这方面占有重要的一席地位，它也将主导将来的照明行业。1第一章新余市的基本气象、地理情况1.1新余市的地理情况新余位于北纬27º33'～28'05'，东经114º29'～115º24'，属亚热带湿润性气候，具有四季分明.气候温和.日照充足.雨量充沛.无霜期长.严冬较短的特征。新余属亚热带湿润性气候，平均年日照数为1400小时～3000小时，太阳能资源年理论储量每平方米1130～1530千瓦时，每年每平方米地表吸收的太阳能相当于140～190公斤标准煤热量，太阳能资源比较丰富，开发利用前景较为广阔。1.2新余市的基本气象新余市的基本气象具体参数如下所示：气温：年平均气温17.7℃。7月份全年最热时期,极端最高气温40.0℃,月平均气温29.4℃；1月份全年最冷时期，极端最低气温－7.2℃,月平均气温5.4℃。降雨量：降水丰沛，年平均降水量1594.8mm左右，月平均降水量52.93mm，属于全国多雨地区。风速：根据不完全统计，历年平均风速20米／秒④湿度：年平均相对湿度80％⑤地温：年平均地温20.1℃⑥日照时数：历年平均日照时数1655.4小时，日平均5个小时。1.3新余市历年平均基本气象新余市历年平均基本气象资料如下表所示：年水平辐射量斜面辐射量气温最低气温相对湿度日照时数最长连续阴雨天数平均13094KJ/m/m13714KJ/m/m29.4℃-7.2℃74%-84%1655h5天第二章LED路灯系统设备的选型2.1太阳能路灯的组成太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、逆变器、光源、灯杆及支架。2.2工作原理太阳能路灯是利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池组件，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2晚当照度逐渐降低至5lux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，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电12小时后，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控制路灯打开和关闭，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。2.3太阳电池组件的选择太阳能电池组件是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池。太阳电池的基本性能参数、平均寿命、品牌如下表所示：2.4控制器的选择（1）控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。（2）控制器的基本性能参数如下表所示：.型号FC-004品牌RXZ额定充电电流10A额定负载电流10A工作电压12V过放保护电压11.2V过放恢复电压11.9V过充保护电压14.5V使用环境温度-20℃~+50℃外形尺寸52mm×98mm×178mm2.5蓄电池的选择由于太阳能电池板发电系统的输入能量极不稳定，再加上路灯的使用标准测试条件：（AM1.5）辐照度=1000W/m2，电池温度=25℃品牌WARMSPACE型号S80W电池正常工作温度60℃功率（Wp）80W短路电流温度系数＋0.4mA/℃开路电压(Voc)21.0V开路电压温度系数－60mV/℃最大功率电压(Vmp)17.5V填充因子0.73短路电流(Isc)5.12A类型单晶硅系列最大功率电流(Imp)4.6A迎风压强2400Pa转换效率17%尺寸1106×403×5mm绝缘电压≥1000V3是在晚上，所以需要配置蓄电池系统才能工作。现在市面上大多采用铅酸蓄电池。铅酸蓄电池由于其铅酸的腐蚀性和可再生利用性均无法达到环保和节能要求，蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能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。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷(路灯)相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。通过一系列综合考虑，选择型号HYS121500蓄电池，其基本参数如下：型号HYS121500品牌HUANYU使用寿命3-5年额定电压12V额定容量80Ah工作温度-25℃—40℃最低工作温度-20℃最大允许放大深度75%尺寸350*166*175mm工作湿度74%—80%2.6LED灯的选择1.太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。根据实际情况和要求这次方案采用30WLED路灯头，可比原低压钠灯节能60%，其基本参数如下：品牌型号T8—30LEDL额电功率30W额定电压DC12V相关色温6500K±500KLED发光效率75-100lm/w环境温度-25℃～65℃相对湿度10%～80%防尘防水等级IP65外形尺寸400*360*132（mm）光源寿命＞50000h2.7LED灯灯杆的选择4灯杆的选择主要根据灯杆的材料、应用环境等因素来进行确定,具体的灯杆的基本参数如下：（1)主体材料：全钢结构、整体热镀锌/喷塑处理。（2）使用温度：-30度至70度。（3）抗风力≥150Km/h。(4)灯杆高度：7米。（5）灯杆直径：上方口的直径50mm,下方口的直径120mm第三章LED路灯的设计3.1太阳电池方阵倾角和方位角的设计在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的放置形式和放置角度对光伏系统接受到的太阳辐射有很大影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力。与光伏组件方阵放置的相关的有两个角度参量：太阳电池组件倾角；太阳电池组件方位角。太阳电池组件倾角是太阳电池组件平面与水平面的夹角。光伏组件方阵的方位角是方阵的垂直面与正南面的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般地，在北半球，太阳电池组件朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池组件的发