畢業(yè)論文--光伏發(fā)電——路燈照明系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 報告</p><p>　　設(shè)計（論文）題目：光伏發(fā)電——路燈照明系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b><

2、;/p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1我國太陽能資源狀況………………………………………………………1</p><p>　　1.2太陽能路燈與普通路燈的比較……………………………………………2</p><p>　　1.3太陽能照明是發(fā)展的趨勢…………………………………………………4<

3、;/p><p><b>　　第2章 設(shè)計思路</b></p><p>　　2.1設(shè)計的思路及原則…………………………………………………………5</p><p>　　2.2設(shè)計的要求…………………………………………………………………5</p><p>　　第3章 太陽能路燈的組成原理及工作原理</p><p

4、>　　3.1太陽能路燈的組成 …………………………………………………………6</p><p>　　3.2太陽能路燈的工作原理 ……………………………………………………6</p><p>　　各部件的組成及工作原理</p><p>　　4.1太陽能電池組件的組成及工作原理 ………………………………………7</p><p>　　4.1.1太

5、陽能電池分類 ………………………………………………………7</p><p>　　4.1.2硅太陽能電池工作原理及結(jié)構(gòu)………………………………………7</p><p>　　4.2蓄電池的組成及工作原理 …………………………………………………9</p><p>　　4.2.1蓄電池的種類和應(yīng)用…………………………………………………9</p><p&g

6、t;　　4.2.2鉛酸蓄電池的工作原理………………………………………………9</p><p>　　4.3控制器的基本工作原理 ……………………………………………………10</p><p>　　4.3.1蓄電池充電……………………………………………………………11</p><p>　　4.3.2蓄電池給LED燈供電…………………………………………………11</p

7、><p>　　4.4光源的選擇…………………………………………………………………12</p><p>　　4.4.1各種光源的特性比較…………………………………………………12 </p><p>　　4.4.2 LED燈的特點…………………………………………………………12</p><p>　　第5章 太陽能路燈的設(shè)計及實際應(yīng)用</p>

8、;<p>　　5.1太陽能電池組件的選擇……………………………………………………14</p><p>　　5.1.1太陽電池組件的基本要求……………………………………………14</p><p>　　5.1.2 單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù) ………………………14</p><p>　　5.2系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………

9、……16</p><p>　　5.2.1 電源電路 ……………………………………………………………16</p><p>　　5.2.2 太陽能電池板組件 …………………………………………………17</p><p>　　5.2.3 照明負載 ……………………………………………………………17</p><p>　　5.2.4蓄電池和太陽能板的選用

10、 …………………………………………18</p><p>　　5.2.5 過充、過放控制電路 ………………………………………………18</p><p>　　5.3 LED路燈系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計及計算……………………………………………19</p><p>　　5.3.1 LED燈具的布局及高度計算…………………………………………19</p><p>

11、　　5.3.2 LED光源照度的計算…………………………………………………20</p><p>　　5.3.3 LED路燈配置計算…………………………………………………20</p><p>　　5.4太陽能路燈的安裝和施工…………………………………………………20</p><p>　　5.5太陽能路燈的實際應(yīng)用……………………………………………………21</p

12、><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………23</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………24</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………25</p><p>　　摘 要</p><p&g

13、t;　　近年來，隨著全球能源危機和環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)重，可再生能源的開發(fā)的利用已勢在必行。太陽能是一種潛力無限的清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源，是全人類節(jié)能環(huán)保的首選。在當(dāng)今世界，路燈的照明用電已占總用電量的不小比重。本文所講述的是關(guān)于太陽能發(fā)電路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計以及應(yīng)用。研究包括：太陽能路燈、太陽能電池、蓄電池、控制器、LED燈源等各器件的工作原理及其各自的基本特性，再根據(jù)不同的要求選擇出經(jīng)濟實用適合本地區(qū)需求的相應(yīng)容量的太陽能光

14、伏電池、蓄電池、充放電控制器、LED燈源等配置，實現(xiàn)太陽能路燈照明系統(tǒng)的整體設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能路燈 太陽能電池 蓄電池 充放電控制器 LED燈源</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, with the global energy crisis an

15、d environmental pollution problem is increasingly serious, the development of renewable energy use is imperative. Solar energy is a clean, efficient and sustainable potential of renewable energy, is the first choice for

16、energy conservation and environmental protection of all mankind. In today's world, street lamp lighting has a big proportion of the total power consumption. This article is about the design and application of solar s

17、treet lighting </p><p>　　Key words: Solar street lamps PV cells lead-acid battery Controller LED light</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1我國太陽能的資源狀況</p>

18、<p>　　在飛速發(fā)展的中國，能源短缺問題和環(huán)境污染問題已經(jīng)是十分突出的問題，節(jié)約能源能和環(huán)保是實現(xiàn)中國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略所急需解決的問題的重中之重。目前，照明所消耗得電力約占整個電力消耗的20%左右，減少照明用電消耗是當(dāng)今節(jié)約不可再生能源的重要途徑。中國作為有限能源消耗的大國，必須要盡快尋求可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源的新一代節(jié)能環(huán)保型的光源。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)界人士已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，也取得了一定的成效。但是，距

19、離“綠色照明”的要求還有很長的一段距離，開發(fā)和應(yīng)用的更高效性、可靠性、安全性以及耐用性的新型光源勢在必行。 </p><p>　　當(dāng)今，太陽能作為一種安全、環(huán)保新能源越來越受到人們重視。太陽能是一種非常大量的可再生資源，也可說是“取之不盡，用之不竭”的。世界能源危機的日益加劇，各國都在努力尋求解決當(dāng)今社會能源危機的辦法，一條道路是尋找新型能源和提高可再生能源的利用效率；另一條是尋求新的節(jié)能技術(shù)，減少不可再生能源的

20、過度消耗，大大提升能源的利用效率。而太陽能的有效開發(fā)和有效的利用就是其中一條道路。我國各地區(qū)太陽能資源情況如下：</p><p>　　我國太陽能資源分布（圖1）</p><p>　　我國太陽能資源分布（圖2）</p><p>　　隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和進步，利用太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)而可直接使用的燈具產(chǎn)品在環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢，太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的光伏

21、發(fā)電應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，太陽能發(fā)電在路燈照明領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)日趨完善。</p><p>　　1.2太陽能路燈與普通路燈的比較</p><p>　　隨著地球不可再生資源的日益缺乏，基礎(chǔ)能源的投資成本逐漸增高，各種安全問題和污染隱患問題可謂是隨處可見。太陽能能源作為一種"取之不盡，用之不竭"的安全型、環(huán)保型新能源越來越受到人們的重視。太陽能照明系列的產(chǎn)品跟隨著太陽能熱水器的普

22、及之后而被眾人所接受熟知以及使用，在這里就太陽能路燈和使用普通路燈的效果作實用優(yōu)勢對比。</p><p><b>　?。?）優(yōu)勢對比一</b></p><p>　　普通照明路燈的安裝比較復(fù)雜：在普通的照明路燈工程中有相對復(fù)雜的作業(yè)程序，首先要安裝的路段鋪設(shè)電纜，電纜溝的開挖、暗管的鋪設(shè)、管內(nèi)的穿線以及回填等大量的基礎(chǔ)工程。然后再長時間的安裝燈架調(diào)試電路，如果任何一條線

23、路有問題，就需要大面積的返工。并且地勢和線路要求比較復(fù)雜、人工和輔助材料的成本高昂。太陽能路燈的安裝相對簡便：在太陽能路燈安裝時，沒有復(fù)雜的線路需要鋪設(shè)，只需要做一個水泥基座，再用不銹鋼的螺絲固定就安裝成功。</p><p><b>　?。?）優(yōu)勢對比二</b></p><p>　　普通的照明路燈是有一定的安全隱患：普通路燈在安裝的過程中施工的質(zhì)量、景觀工程的改造、材

24、料的老化、供電不正常以及水電氣管道的沖突等方面帶來諸多安全隱患。</p><p>　　太陽能路燈沒有安全隱患：太陽能路燈是低壓產(chǎn)品，運行安全可靠。</p><p>　　太陽能路燈的其它優(yōu)勢：是綠色環(huán)保的新能源，能為新型的生態(tài)小區(qū)開發(fā)和推廣增加新的賣點；同時可以持續(xù)減少物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分攤部分物業(yè)的費用。</p><p><b>　?。?）優(yōu)勢對比

25、三</b></p><p>　　普通照明路燈電費高昂：普通照明路燈在工作中有高昂的電費，要長期的不間斷的對線路和其它的配置進行維護或更換，維護的成本逐年遞增。太陽能路燈則免電費：太陽能路燈是一次性投入，沒有任何維護成本，三年就可收回投資的成本，可以長期受益。</p><p>　　綜上對比所述，太陽能路燈安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動控制免維護等特性，將為樓盤的

26、銷售、市政工程的建設(shè)直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢。</p><p>　　1.3太陽能照明是發(fā)展的趨勢</p><p>　　太陽能照明的本質(zhì)上是一個光電轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，專業(yè)領(lǐng)域稱其為“硅晶片地面光伏組件”。它的工作原理是通過硅晶片接收太陽光線后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再儲存在蓄電池中，然后由光感開關(guān)進行控制，當(dāng)天黑時就能夠自動點亮，天亮?xí)r又可以自動熄滅。太陽能照明燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種新型應(yīng)用產(chǎn)品，憑借它的節(jié)能

27、、環(huán)保、無需布線、自動控制以及可以隨時變換的位置等優(yōu)點，在照明行業(yè)中樹立起神圣的地位。</p><p>　　因為硅晶片的價格相對來說比較昂貴，最初的太陽能僅是應(yīng)用在航天事業(yè)上。在太陽能技術(shù)上有所突破后，被美國、日本、德國等發(fā)達得國家率先嘗試運用在高科技領(lǐng)域上。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和進步，在民用的方面首先是應(yīng)用在燈具的照明上。近幾年來，太陽能燈具的產(chǎn)品由于環(huán)保和節(jié)能的雙重優(yōu)勢，太陽能的庭院燈、草坪燈和裝飾燈

28、等照明燈的應(yīng)用逐漸形成規(guī)模。</p><p>　　大量的試驗表明，普通燈具和太陽能燈具對比分析后得出：在滿足同樣的照明要求條件下，兩種不同方式的供電，普通燈具的成本比太陽能燈具的成本要低的多；然而如果將整個工程的施工費用計入整個工程，則兩種燈具在初期投資時造價相當(dāng)。工程量越大，普通燈具的工程施工費用越高，其初始投入大于太陽能燈具。使用的時間越長，越能顯出太陽能燈具的實惠。如果把人力、物力計算在內(nèi)，普通燈具的輔助費

29、用與維護費用都將比預(yù)算的高。在后續(xù)的使用費用上（電費、維護費用等），太陽能燈具的優(yōu)勢更明顯?！叭绻谌珖茝V使用3億只太陽能燈，其節(jié)能效果相當(dāng)于新建一個三峽工程。</p><p>　　太陽能的眾多優(yōu)點已被越來越多的人所接受。作為太陽能應(yīng)用的系列產(chǎn)品之一的太陽能燈，其一直是各方研究和關(guān)注的焦點對象。在已有技術(shù)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員與廠商集思廣益，在許多地方取得了突破性的進展，為太陽能燈最終走向千家萬戶打下了非常堅實的基礎(chǔ)

30、。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計思路</b></p><p>　　2.1設(shè)計的思路及原則</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。首先是根據(jù)用電的負載用電量，確定太陽能的組件功率，再確定蓄電池的電池容量，然后進行電氣的設(shè)計、光源的設(shè)計和設(shè)備的選型，最后進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計中要確保太陽能LE

31、D路燈的運行穩(wěn)定性和可靠性，以及保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠。</p><p>　　設(shè)計的原則：對于照明系統(tǒng)設(shè)計一般我們需要考慮以下幾個問題： </p><p>　?。?）從功能上來說,道路的照明系統(tǒng)主要功能是保證正常的交通安全，提高交通的運輸效率、保障人身的安全、提供舒適的環(huán)境、提升工廠的形象。</p><p>　?。?）在道路照明的基礎(chǔ)上，需要提高道路照明系統(tǒng)的效率

32、，降低系統(tǒng)功率的損耗，節(jié)約能源，減少污染，以達到節(jié)能和環(huán)保的目的。</p><p>　　（3）另外還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓赓Y源情況。 </p><p><b>　　2.2設(shè)計的要求</b></p><p>　　（1）電池板功率的計算和選用；</p><p>　?。?）蓄電池容量、充放電控制和充放電狀態(tài)顯示；</p>

33、<p>　?。?）連續(xù)陰雨天三天路燈仍能照明；</p><p>　　(4）系統(tǒng)斷電時可以保存用戶所設(shè)定的各種參數(shù)。</p><p>　　第三章 太陽能路燈的組成及工作原理</p><p>　　3.1太陽能路燈的組成</p><p>　　太陽能路燈由太陽能電池組件（太陽能電池板）、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼等組成，

34、有的還要配置逆變器。</p><p>　　3.2太陽能路燈的工作原理</p><p>　　太陽能路燈的系統(tǒng)工作原理簡單，利用光電伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池在白天太陽能電池組件接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8小時后，充放電控

35、制器動作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。 </p><p>　　第四章 各部件的組成及工作原理</p><p>　　4.1太陽能電池組件的組成及工作原理</p><p>　　4.1.1太陽能電池分類</p><p>　　太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)結(jié)晶系薄膜式非結(jié)晶系薄膜式(表示a-)兩類前者單結(jié)晶形結(jié)晶形。其按電池組件的材料可

36、分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形機膜形化合物半導(dǎo)體薄膜形非結(jié)晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)磷化鋅(Zn3p2)等。太陽能電池根據(jù)所用的材料不同，太陽能電池還可以分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池四大類，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。</p><p&

37、gt;　　4.1.2硅太陽能電池工作原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　太陽能電池發(fā)電原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如（4.1.2-1）：</p><p><b>　　圖4.1.2-1</b></p><p>　　圖4.1.2-1中，正電荷表示的是硅原子，負電荷表示的是圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入

38、硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照（4.1.2-2）：</p><p><b>　　圖4.1.2-2</b></p><p>　　上圖中，正電荷表示的是硅原子，負電荷表示的是圍繞在硅原子旁邊的四個電子。其中黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只能有3個電子，所以就會產(chǎn)生如上圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得極其不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，

39、形成P（positive）型半導(dǎo)體。    同樣的，在摻入磷原子以后，因為磷原子周圍有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成N（negative）型半導(dǎo)體。黃色的就是磷原子核，紅色的為多余的電子。如（4.1.2-3）。</p><p>　　圖4.1.2-3   在 N型半導(dǎo)體中含有比較多的空穴，然而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)兩種半導(dǎo)

40、體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。</p><p>　　當(dāng)兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是

41、PN結(jié)。</p><p>　　當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。(如下圖所示） </p><p>　　由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，當(dāng)電子在通過p－n結(jié)后，電子如果在半導(dǎo)體中流動，其電阻很大，損耗也就很大。但如果在上層層面上全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流也就就不能產(chǎn)

42、生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)（如上圖），以此來增加入射光的面積。</p><p>　　另外硅的表面光滑發(fā)亮，硅的表面會反射掉大量的太陽光，這部分的太陽光不能被電池利用。正因如此，科學(xué)家們在硅的的表面涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜，將太陽光反射的損失減小到5％甚至更小。畢竟一個電池所能提供的電流和電壓有限，所以人們又將很多電池（一般是36個塊）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。</p>&

43、lt;p>　　4.2蓄電池的組成及工作原理</p><p>　　4.2.1蓄電池的種類和應(yīng)用</p><p>　　蓄電池是電池中的一種。蓄電池的作用是能把有限的電能儲存起來，在合適的地方使用。蓄電池的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。</p><p>　　蓄電池的種類一般分為：鎳氫蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、鎳鋅蓄電池、鈉硫蓄電池、鋅空氣蓄電池等。

44、同樣蓄電池的應(yīng)用也涉及很廣泛，主要是用于通訊、汽車、電動車（蓄電池）以及風(fēng)力和太陽能發(fā)電的電能存儲。</p><p>　　蓄電池的主要功能是：</p><p>　　(1) 能量存儲能力及自主運行。</p><p>　　(2) 電壓和電流穩(wěn)定性。</p><p>　　(3) 提供浪涌電流。</p><p>　　4.2.2

45、鉛酸蓄電池的工作原理</p><p>　　在鉛酸蓄電池中使用的電解液是H+濃度最高時的硫酸溶液，其比重大約為1.3g/cm^3。一般的蓄電池都是使用此類型的溶液。極板為用Pb作成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在其表層上敷涂化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)。正極板的活性物質(zhì)是PbO2粉末，將電充滿以后看起來有點偏棕色。負極板的活性物質(zhì)是海綿狀鉛粉末，將電充滿以后為金屬鉛的灰色。放完電時二級板均為灰白色。</p><p>　

46、　在放電時：正極板PbO2將轉(zhuǎn)化成PbSO4，酸中的H+得電子轉(zhuǎn)化為和H2O。 </p><p>　　PbO2  + 2H2SO4 +  Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4  （放電反應(yīng)） </p><p>　　同時：負極板鉛粉末也將轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，硫酸根失電子在負極產(chǎn)生電子。</p><p>　　電子

47、在外回路中產(chǎn)生電流。</p><p>　　充電時：與上面相反，PbSO4轉(zhuǎn)化為具有不同能量狀態(tài)的PbO2以及 Pb 。</p><p>　　PbSO4  + 2H2O  +  PbSO4 → PbO2 + 2H2SO4 +  Pb （充電反應(yīng)）</p><p>　　上面的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以 看

48、出，鉛酸蓄電池在放電時，正極的活性物質(zhì)PbO2和負極的活性物質(zhì)金屬Pb都與硫酸電解液反應(yīng)，生成PbSO4，這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)”。在蓄電池剛放電結(jié)束時，正、負極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的PbSO4是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細密的結(jié)晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過程中，正、負極疏松細密的PbSO4，在外界充電電流的作用下會重新還原成PbO2和金屬Pb，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實現(xiàn)了儲存電能和釋放電能的功

49、能。</p><p>　　4.3控制器的基本工作原理</p><p>　　太陽能電池的伏安特性具有很強的非線性，即當(dāng)日照強度改變時，其開路電壓不會有太大的改變，但所產(chǎn)生的最大電流有相當(dāng)大的變化，所以其輸出功率與最大功率點會隨時改變。然而當(dāng)光強度一定時，太陽能電池輸出的電流一定，可認為是恒流源。因此，必須研究和設(shè)計性能優(yōu)良的光伏控制器，才能更有效的利用太陽能。太陽能電池將吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能

50、而通過充放電控制器對蓄電池充電。充放電控制器的功能主要有兩個，一是對蓄電池的充放電保護，以避免蓄電池有過充或過放的情形發(fā)生，而蓄電池的任務(wù)則是儲能，以便在夜間或陰雨天供給負載用電；二是提供穩(wěn)定的直流電壓源供給逆變器或直流負載使用。</p><p>　　4.3.1蓄電池充電</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境光充足，控制器就會進入充電模式。蓄電池充電有兩個比較重要的電壓值：深度放電電壓和浮

51、充充電電壓。前者代表在正常使用情況下蓄電池電能被用完的狀態(tài)，而后者則代表蓄電池充電的最高限制電壓，這些參數(shù)應(yīng)該從蓄電池產(chǎn)品手冊上可以查到。在設(shè)計電路中針對12V蓄電池，分別設(shè)置深度放電電壓為11V和浮充充電電壓為13.8V(皆為在室溫條件下的電壓值，軟件中這兩個值增加了相應(yīng)的溫度補償)，具體充電模式如表所示。</p><p>　　從中可以看到涓流充電模式和恒流充電模式會用到MPPT算法，MPPT算法有很多種方式可

52、以實現(xiàn)，業(yè)界有不少的論文對此進行了探討，總的來說各有優(yōu)劣，設(shè)計電路中采用相對簡單的擾動觀察法來實現(xiàn)。這個控制方法的基本思想是通過增大或者減少充電電路開關(guān)信號PWMCHG占空比，然后觀察輸出功率是變大還是變小，以此來決定下一步是增大還是減少占空比。由于太陽能板的輸出變化相對比較緩慢，而且是單極點，所以這種方式還是能收到比較好的效果。</p><p>　　4.3.2蓄電池給LED燈供電</p><

53、p>　　蓄電池給LED燈供電，即蓄電池放電</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)檢測到周圍環(huán)境光線不足時，就會進入蓄電池給LED供電模式。LED電流通過高位電流檢測芯片(TSC101AILT)采樣送回MCU，由MCU通過調(diào)整開關(guān)信號PWMDRV占空比來獲得恒定輸出電流。為了達到節(jié)能的目的，LED的恒定電流值會根據(jù)系統(tǒng)檢測的環(huán)境光強度來調(diào)整：當(dāng)環(huán)境光由亮變暗時，系統(tǒng)的輸出電流也會相應(yīng)從小到大;當(dāng)環(huán)境光完全暗下來時，系統(tǒng)

54、的輸出電流也達到預(yù)設(shè)的最大值。除了由環(huán)境光控制LED的輸出，用戶還可以通過設(shè)定開關(guān)DIP1～DIP4的狀態(tài)來開啟時間控制功能，系統(tǒng)會根據(jù)DIP1～DIP4的設(shè)定組合來控制LED從亮5分鐘到12小時不等。此外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計電路添加了針對太陽能電池板、蓄電池和LED等一系列軟硬件的保護功能。</p><p><b>　　4.4光源的選擇</b></p><p&g

55、t;　　4.4.1各種光源的特性比較</p><p><b>　　各種光源的特性比較</b></p><p>　　光源的選型對于太陽能路燈來說是最關(guān)鍵的一步，目前針對太陽能路燈專用的光源較少，為減少有限能量的損失，光源盡量選直流光源。目前常見的光源有直流節(jié)能燈、高頻無極燈、低壓鈉燈和LED光源。</p><p>　?。?）低壓節(jié)能燈：功率小，光

56、效較高，但使用壽命2000小時，電壓低燈管發(fā)黑，一般適合太陽能草坪燈、庭院燈。 </p><p>　?。?）低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價格貴，整個系統(tǒng)造高，采用較少。 </p><p>　?。?）無極燈：功率小，光效較高。該燈在220V（純正弦波，頻率50赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達到5萬小時，在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節(jié)能燈差不

57、多（因為太陽能燈具都是方波逆變器，太陽能電源220V輸出頻率、項位、電壓都是不能和普通市電相比的）。 </p><p>　?。?） LED：LED燈光源，壽命長，可達1000000小時，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高。</p><p>　　4.4.2 LED燈的特點</p><p>　?。?）高效節(jié)能：發(fā)光效果相同的情況下，LED燈比傳統(tǒng)的日光燈節(jié)能67%。。

58、 </p><p>　?。?）超長壽命：Led節(jié)能燈采用半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無燈絲，無玻璃泡，不怕震動，不易破碎，使用壽命可達50,000小時以上。 </p><p>　?。?）光線健康：led節(jié)能燈光線中不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射。</p><p>　?。?）綠色環(huán)保：led節(jié)能燈不含汞和氙等有害元素，利于回收，而且不會產(chǎn)生電磁干擾。 </p>

59、<p>　　（5）保護視力：led節(jié)能路燈顆粒采用直流驅(qū)動，無頻閃。</p><p>　?。?）光效率高：led節(jié)能燈發(fā)熱小，80%的電能轉(zhuǎn)化為可見光。</p><p>　?。?）安全系數(shù)高：led節(jié)能路燈所需電壓、電流較小，發(fā)熱較小，不產(chǎn)生安全隱患，于礦場等危險場所。 </p><p>　?。?）防蚊蟲：LED燈由于沒有紫外線，不會像傳統(tǒng)日光燈一樣

60、吸引蚊蟲，從而有利于維護室內(nèi)清潔。 </p><p>　?。?）用著省心：普通日光燈幾個月就會衰減，需要更換，從而帶來很大不便；LED燈由于壽命超長（12小時一天，可用11年），從而節(jié)省了大量的維修費。</p><p>　　第五章 太陽能路燈的設(shè)計及實際應(yīng)用</p><p>　　5.1太陽能電池組件的選擇</p><p>　　太陽能電池組件

61、是發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能直接轉(zhuǎn)換為直流電，供負載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。一般根據(jù)用戶需要，將若干太陽能電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣（陣列），再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成太陽能電池組件。</p><p>　　5.1.1太陽電池組件的基本要求</p><p>　　(1)防水、防冰雹、防風(fēng)。一般太陽能電池組件采用鋼化玻璃封裝，采用的鋁合金邊框應(yīng)具有高強度，抗機

62、械沖擊能力要強。安裝時用金屬支架固定，能抵御10級以上大風(fēng)。</p><p>　　(2)標(biāo)準(zhǔn)測試條件：輻射度為1000W/㎡,電池溫度為25℃。</p><p>　　(3)絕緣電壓：≥600V。</p><p>　　(4)邊框接地電阻：≤10Ω。</p><p>　　(5)迎風(fēng)壓強:2700Pa 。</p><p>　

63、　(6)填充因子：73％。</p><p>　　(7)短路電壓溫度系數(shù)：+ 0.4mA/℃。</p><p>　　(8)開路電壓溫度系數(shù)：-60mV/℃。</p><p>　　(9)工作溫度：-40℃~+85℃。</p><p>　　5.1.2 單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（1）單晶硅太陽

64、能電池組件的結(jié)構(gòu)</p><p>　　單晶硅太陽能電池組件的實物外形如圖5-1所示，單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示,光伏組件的I-V輸出曲線如圖5-3所示。</p><p>　　5-1單晶硅太陽能電池組件的實物外形</p><p>　　5-2單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)</p><p>　　5-3光伏組件的I-V輸出曲線</p&

65、gt;<p>　?。?） 單晶硅太陽能電池組件技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　兩塊電池板并聯(lián)正極接正極，負極接負極，中間要接二極管。兩塊輸出功率和規(guī)格不同的太陽能電池組件不可以并連在一起，因并聯(lián)會造成內(nèi)部損耗，降低了太陽能電池組件的使用效率，縮短了使用壽命。</p><p><b>　　5.2系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>

66、　　5.2.1 電源電路</p><p>　　電源電路如圖2所示。系統(tǒng)太陽能供電，24V蓄電池電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生5V電壓，作為控制器的主電源。電容C2、C3作為高頻旁路電容，將高頻信號旁路到地。同樣電容C1、C4為濾波電容。</p><p>　　5.2.2 太陽能電池板組件</p><p>　　在新能源中，公認技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽能發(fā)電。將吸收

67、的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，可分為兩類：一類是太陽能熱電直接轉(zhuǎn)換；另一類是太陽能熱動力發(fā)電，是將太陽熱能通過熱機帶動發(fā)電機發(fā)電，其基本構(gòu)成包括集熱裝置、儲能系統(tǒng)、熱機和發(fā)電機等。 </p><p>　　(1) 太陽能光發(fā)電：直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能的利用方式，可分為光伏發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電和光生物發(fā)電。目前應(yīng)用的光伏發(fā)電，是根據(jù)“光生伏特”效應(yīng)直接將照射到太陽能電池上的光能轉(zhuǎn)換成電能輸出，一般由太陽

68、能電池方陣及支架、蓄電池、控制器、逆變器等部分組成。其缺點是：能量密度底、轉(zhuǎn)化效率底、受自然條件和氣候環(huán)境因素影響大、初始投資高和間歇性工作。目前，光伏發(fā)電主要用于三大方面：為無電場合提供電源；太陽能日用電子產(chǎn)品(太陽能充電器、太陽能燈具等)；并網(wǎng)發(fā)電。 </p><p>　　(2)太陽能電池板分為晶體硅（包括單、多晶硅）電池組件、非晶硅薄膜電池組件及砷化鎵電池組件。 為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻

69、射能盡可能的多，要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。通過Hay模型的計算，可以得到的不同傾角平面的月平均太陽輻照量變化。</p><p>　　5.2.3 照明負載</p><p>　　由于LED是直流供電器件，很容易制成直流燈具，廣泛應(yīng)用于直流系統(tǒng)，如太陽能燈具產(chǎn)品。超高亮白光LED應(yīng)用于太陽能燈具，單個束光型超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線方向性太強，綜合視覺效果較差，因此應(yīng)首選平光型超

70、高亮LED或平光型與束光型超高亮LED組合使用，將多個LED集中于一起，排列組合成一定規(guī)則的LED發(fā)光源。</p><p>　　5.2.4蓄電池選用 </p><p>　　蓄電池 蓄電池組是太陽能LED路燈系統(tǒng)的儲能裝置，其作用是將白天有日照時發(fā)出的電能儲存起來，在晚間或陰雨天時供負載使用。一般容量要能在無太陽輻射的日子里，滿足用戶要求的供電時間和供電量，目前常用的是鉛酸蓄電池

71、。 蓄電池是一種化學(xué)電源，它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來。需要時再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?，由于光伏系統(tǒng)的功率輸出每天都在變化，在日照不足發(fā)電很少或需要維修光伏系統(tǒng)時，蓄電池也能夠提供相對穩(wěn)定的電能，因此在太陽能LED路燈系統(tǒng)中，蓄電池對系統(tǒng)產(chǎn)生的電能起著儲存和調(diào)節(jié)作用。 LED路燈系統(tǒng)采用鉛酸免維護蓄電池，不需專門的維護；即便傾倒電解液也不會溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧；安全性能更好。</p><p>

72、;　　5.2.5 過充、過放控制電路</p><p>　　過充控制，就是在蓄電池處于過充狀態(tài)時斷開充電電路，過放控制電路就是在蓄電池處于過放狀態(tài)時斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護蓄電池，</p><p>　　延長蓄電池的使用壽命。過充、過放控制電路如圖5-6。過充、過放判斷的依據(jù)主要是蓄電池電壓的高低，其工作原理如下：</p><p>　　過充控制電路中將繼

73、電器J1的開關(guān)串聯(lián)在充電電路中，當(dāng)白天有太陽光時處于正常充電狀態(tài)時，由太陽能板吸熱經(jīng)繼電器開關(guān)常閉點向蓄電池充電，當(dāng)蓄電池的電壓高于26V時，認為蓄電池處于過充狀態(tài)，U1A“-”端電壓高于“+”端電壓時U1A輸出“-”，低電平，使Q1截止，同時Q2導(dǎo)通，繼電器線圈J1通電，則繼電器常閉點斷開，常開點閉合，充電電路斷開過充指示燈亮，停止向蓄電池充電，達到過充保護功能。</p><p>　　圖5-6 過充過放控制電

74、路</p><p>　　過放控制電路中將繼電器J2的開關(guān)串聯(lián)在放電電路中，當(dāng)處于正常放電狀態(tài)時，放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負載供電時，當(dāng)蓄電池的電壓低于22V時，認為蓄電池處于過放狀態(tài)，此時U1B“+”端電壓低于其“-”端電壓時，U1B輸出“-”低電平，使Q3截止，同時Q4導(dǎo)通，繼電器線圈J2通電，繼電器開關(guān)由常閉點轉(zhuǎn)到常開點，放電電路就斷開，過放指示燈亮停止向負載供電。達到過放保護功能。</p&g

75、t;<p>　　5.3LED路燈系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計及計算</p><p>　　LED路燈系統(tǒng)容量的設(shè)計及計算是整個系統(tǒng)的重要一步，是關(guān)乎系統(tǒng)能否正常運行及系統(tǒng)整體的使用問題。</p><p>　　5.3.1 LED燈具的布局及高度計算 </p><p>　　根據(jù)道路的寬度、照明要求不同，一般有三種安裝布燈方式：單側(cè)布制；雙側(cè)交錯布置；雙側(cè)對稱布置。 LE

76、D燈具的安裝高度（H）、間距（S）、與路寬（W）和布置方式間的關(guān)系如表</p><p>　　LED道路燈燈桿的安裝高度要根據(jù)燈具的高度、道路周圍樹木和建筑物高度以及電池組件的形狀、尺寸等確定，一般要比燈具的高度高1-1.5米。燈具的懸臂長度不宜超過安裝高度的1/4，燈具的仰角不宜超過15º。 </p><p>　　5.3.2 LED光源照度的計算 </p>&l

77、t;p>　　光源功率要根據(jù)道路照明照度要求及光源效率確定。光源照度計算公式為；</p><p>　　其中，E為光源照度；?為總光通量；U為利用系數(shù)（有LED燈具利用系數(shù)曲線查出）；K為維護系數(shù)；W為道路寬度；S為路燈安裝間距；N為與排列方式有關(guān)的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　5.3.3 LED路燈配置計算 （1）系統(tǒng)電壓的確定。 太陽能路燈光源的直流輸入電壓作為系統(tǒng)電壓，一般為12

78、V或24V，在條件容許的條件下，要盡量提高系統(tǒng)電壓，以減少線路損耗。 (2)光伏組件的容量計算。 組件容量計算公式為：</p><p>　　其中，P為光伏組件功率；1.43是太陽電池組件峰值工作電壓與系統(tǒng)電壓的比值；兩個0.85分別為蓄電池的庫倫效率和光伏組件衰減、方陣組合損失、塵埃遮擋等綜合系數(shù)。</p><p>　　例如；光源功率為30W，每天工作8h，當(dāng)?shù)孛刻烊照諘r數(shù)為6.0h，則

79、需要的光伏組件功率為30w*8h*1.43/（6h*0.85*0.85）=79.17W</p><p>　　5.4太陽能路燈的安裝和施工</p><p>　　太陽能路燈的硬件固然重要，太陽能路燈的安裝施工、工程管理和質(zhì)量控制也是非常重要的。太陽能路燈安裝在室外，應(yīng)當(dāng)注意如下問題：</p><p>　　（1）太陽能路燈所有外露部分的防腐； ’</p>&

80、lt;p>　?。?）太陽能路燈所有連接部件的抗風(fēng)；</p><p>　?。?）太陽電池板的防鳥；</p><p>　?。?）太陽電池板的防盜；</p><p>　?。?）路燈進出線和控制室的防雨；</p><p>　?。?）蓄電池的冬季保溫和夏季降溫；</p><p>　?。?）蓄電池室的透氣；</p>

81、;<p>　?。?）蓄電池室的防水；</p><p>　?。?）蓄電池的防盜；</p><p>　?。?0）燈具的防雨、防蟲、防雹；</p><p>　?。?1）燈具要便于維修和更換。</p><p>　　下圖是較為典型的太陽能路燈安裝結(jié)構(gòu)，可以兼顧上述各項功能：</p><p>　　5.5太陽能路燈的實

82、際應(yīng)用</p><p>　　由天津工業(yè)大學(xué)海宇半導(dǎo)體照明有限工司研制、天津科技援建項目“太陽能LED路燈系統(tǒng)示范工程”中的最后一根路燈在村民貢秋巴丁家門口安裝調(diào)試完成。天津市科委援建的“太陽能LED路燈系統(tǒng)示范工程”項目，是專門針對西藏高原地區(qū)氣候、日照條件、土壤溫度的特點，以解決用電缺口較大和通電困難地區(qū)較多的實際問題為目標(biāo)，研究開發(fā)出適用于高原地區(qū)的新能源LED路燈系統(tǒng)。項目承擔(dān)方—天津工大海宇半導(dǎo)體照明有限

83、公司經(jīng)過前期大量實驗論證，開發(fā)出針對高原氣候的系統(tǒng)性關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　本次設(shè)計的太陽能路燈的總電路圖如圖5.1所示，其工作原理：太陽照射在硅光板上，太陽能電池開始工作，使二極管D1跟三極管Q1工作，蓄電池開始蓄電，待蓄電池蓄電完畢后，根據(jù)程序的設(shè)定，Q1反作用，停止蓄電；到晚上天色昏暗時，設(shè)定的程序啟動，使蓄電池開始放電，二極管D2，D3， D4，D5，導(dǎo)通，三極管Q2，Q3工作，使LED燈照明，直

84、到第二天早上，預(yù)先設(shè)定的程序又作用，使LED燈熄滅；當(dāng)有太陽照射硅光板的時候，蓄電池又開始蓄電，這樣，無限的循環(huán)，就可以使路燈自動蓄電，自動照明，自動熄滅，大大減少了人力物力，而且這樣的設(shè)計，能節(jié)約更多的電能。</p><p>　　圖5.1 太陽能路燈的總電路圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　整體設(shè)計基

85、本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計與蓄電池容量選型設(shè)計采用了目前最通用的設(shè)計方法，設(shè)計思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；路燈整體結(jié)構(gòu)簡約而美觀；經(jīng)過實際運行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。 目前，太陽能LED照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，同樣地市場上LED光效在快速地提高，而價格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及L

86、ED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。</p><p>　　參 考 文 獻</p><p>　　1、周志敏，紀(jì)愛華.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例.北京：電子工業(yè)出版社，2013.9.

87、 </p><p>　　2、何朝陽，戴君，吳立琴.太陽能路燈控制器的設(shè)計.電子技術(shù)，版次：2006.12. </p><p>　　3、楊希，等． 匹配設(shè)計LED 太陽能

88、路燈系統(tǒng)［J］． 現(xiàn)代電子技術(shù)，版次：2009. </p><p>　　4、王長貴，王斯成. 太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 版次：2009. </p><p>　　5、沈輝，曾祖勤.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 版次：2005. </p><p>　　6、趙爭鳴 劉建政. 太陽能光伏發(fā)電及其

89、應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 版次：2005. </p><p>　　7、張存彪，黃建華.光伏電站建設(shè)與施工 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 版次：2013.10 </p><p>　　8、譚浩強.C語言程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，版次：2000. </p><p><b>　　致

90、 謝</b></p><p>　　歷時多個月,在我參考,收集大量資料的研究之下,太陽能路燈這一畢業(yè)設(shè)計總算完成了。</p><p>　　期間，我花了較多的時間去收集相關(guān)資料，對其進行學(xué)習(xí)了解。在寫這一設(shè)計的時候，我對我們的專業(yè)有了更深一層的了解和認識，同時也使我對太陽能光伏發(fā)電這個領(lǐng)域有了初步的了解。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表&