

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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 薀螄莆薇螂羀節(jié)薆裊袂膈薅薄肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿螞袁衿膅蟻薁肄肀羋蚃袇羆芇袆膃蒞芆薅羆芁芅蚈膁膇芅螀羄肅芄袂螇莂莃薂羂羋莂蚄螅膄莁螆羀膀莀薆螃肆荿蚈聿莄荿螁袂芀莈袃肇膆莇薃袀肂蒆蚅肅羈蒅螇?mèng)缕P蒄蕆肄芃蒃蠆袆腿蒃螂膂肅蒂襖羅莃蒁薃螈艿蒀蚆羃膅蕿螈螆肁薈蒈羈羇薇薀螄莆薇螂羀節(jié)薆裊袂膈薅薄肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿螞袁衿膅蟻薁肄肀羋蚃袇羆芇袆膃蒞芆薅羆芁芅蚈膁膇芅螀羄肅芄袂螇莂莃薂羂羋莂蚄螅膄莁螆羀膀莀薆螃肆荿蚈聿莄荿螁袂芀莈袃
2、肇膆莇薃袀肂蒆蚅肅羈蒅螇?mèng)缕P蒄蕆肄芃蒃蠆袆腿蒃螂膂肅蒂襖羅莃蒁薃螈艿蒀蚆羃膅蕿螈螆肁薈蒈羈羇薇薀螄莆薇螂羀節(jié)薆裊袂膈薅薄肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿螞袁衿膅蟻薁肄肀羋蚃袇羆芇袆膃蒞芆薅羆芁芅蚈膁膇芅螀羄肅芄袂螇莂莃薂羂羋莂蚄螅膄莁螆羀膀莀薆螃肆荿蚈聿莄荿螁袂芀莈袃肇膆莇薃袀肂蒆蚅肅羈蒅螇?mèng)缕P蒄蕆肄芃蒃蠆袆腿蒃螂膂肅蒂襖羅莃蒁薃螈艿蒀蚆羃膅蕿螈螆肁薈蒈羈羇薇薀螄莆薇螂羀節(jié)薆裊袂膈薅薄肈肄薄蚇袁莃薃蝿肆艿螞袁衿膅蟻薁肄肀羋蚃袇羆芇袆膃蒞芆薅羆芁芅蚈
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6、<b> 摘要2</b></p><p><b> 第一章 引言3</b></p><p> 太陽能路燈發(fā)展?fàn)顩r3</p><p> 第二章 方案論證5</p><p> 2.1 設(shè)計(jì)要求5</p><p> 2.2 方案選擇5</p>
7、<p> 第三章 系統(tǒng)總體框圖7</p><p> 第四章 系統(tǒng)硬件8</p><p> 4.1 太陽能電池板8</p><p> 4.2 太陽能電池的基本特性8</p><p><b> 4.3 蓄電池9</b></p><p> 4.4 太陽能控制器10<
8、;/p><p> 4.5照明負(fù)載11</p><p> 4.6 蓄電池和太陽能板的選用13</p><p> 4.7 過充、過放控制電路14</p><p> 第五章 太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)15</p><p> 5.1 設(shè)計(jì)要求15</p><p> 5.2 設(shè)計(jì)原理15<
9、;/p><p><b> 結(jié)束語16</b></p><p><b> 致謝18</b></p><p><b> 摘要</b></p><p> 近年來能源及與之相關(guān)的環(huán)境成為全世界各國(guó)最為關(guān)注的熱點(diǎn),各國(guó)都在從自己本國(guó)的國(guó)情出發(fā)來解決能源與環(huán)境問題。對(duì)我國(guó)來說,由于
10、人均能源資源短缺(尤其是油、氣、水),環(huán)境容量(亦是資源)有限,西部生態(tài)脆弱,這個(gè)問題尤為嚴(yán)重,它將極大的制約我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展以及為中華民族子孫萬代生生息息留有生存空間。從某種意義上講,人類社會(huì)的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在當(dāng)今世界,能源的發(fā)展,能源和環(huán)境,是全世界、全人類共同關(guān)心的問題,也是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。近年來,我國(guó)GDP每年以10%的速度發(fā)展,能源消耗急驟增加,環(huán)境、生態(tài)日益惡化。這種對(duì)自然無序的、
11、掠奪性索取的發(fā)展模式已難以為繼,實(shí)際上已造成當(dāng)前十分嚴(yán)重的、不可逆轉(zhuǎn)的后果,大自然的懲罰已經(jīng)不斷地凸現(xiàn)出來,并還要繼續(xù)加重。在這樣的嚴(yán)峻形勢(shì)下,節(jié)能成為了社會(huì)生活的主題。</p><p> 本文設(shè)計(jì)了一種具有時(shí)控和光控相結(jié)合的太陽能路燈控制器,利用光敏電阻實(shí)現(xiàn)光電控制。傍晚光線暗時(shí)控制器自動(dòng)接通路燈電源,深夜行人少時(shí)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間熄滅路燈,早上再自動(dòng)接通電源點(diǎn)亮路燈、天亮后自動(dòng)關(guān)斷?! ?lt;/p>
12、<p><b> 關(guān)鍵詞</b></p><p> “控制器”; “蓄電池充放電控制”; “太陽能電池”; “LED”; “鉛酸蓄電池”; “時(shí)控”; “光控電路”</p><p><b> 第一章 引言</b></p><p> 面對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展,從現(xiàn)有常規(guī)能源向清潔、可再生的新能源過渡已提到議事
13、上來了。因?yàn)樾履茉词且劳懈咝录夹g(shù)的發(fā)展,開辟持久可再生能源的道路,以滿足人類不斷增長(zhǎng)的能源需求,并保護(hù)地球的潔凈。利用太陽能發(fā)電,既不需要燃料,也沒有煙塵和灰渣,不污染環(huán)境,非常清潔。特別是太陽能電池組件,使用壽命可達(dá)20年以上,性能穩(wěn)定,同時(shí)維護(hù)費(fèi)用較低。</p><p> 太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的,是人類能夠自由利用的能源。在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天,充分開發(fā)利用太陽能是世界各國(guó)政府可持
14、續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。與傳統(tǒng)的照明工具相比,超高亮白光LED照明源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件,在功耗、壽命以及環(huán)保等方面有不可比擬的優(yōu)越性,再加上太陽能燈具的節(jié)能性和安裝簡(jiǎn)便,所以凡有工頻交流電燈具的地方,LED燈具的觸角就會(huì)到達(dá)。21世紀(jì)將是以固體發(fā)光材料為核心的,即以LED為代表的新型光源、綠色照明的世紀(jì)。今后。隨著各國(guó)政府的高度重視和加大投入,LED必將成為本世紀(jì)極具競(jìng)爭(zhēng)力的新型綠色環(huán)保光源而掀起一次照明領(lǐng)域新的革
15、命[6]。</p><p> 太陽能道路照明燈不需要架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜,不用專人管理和控制,可安裝在廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)、校園、公園、街道和高速公路等任何地方。</p><p> 道路照明與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān),隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,綠色、高效、長(zhǎng)壽命的LED路燈逐漸走入人們的視野。</p><p><b> 太陽能路燈發(fā)展?fàn)顩r<
16、;/b></p><p> 當(dāng)前國(guó)際常規(guī)能源價(jià)格不斷上漲,國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)緊張,許多城市出現(xiàn)拉閘限電的尷尬,能源替代已上升到國(guó)家能源戰(zhàn)略安全的高度。太陽能作為無限可再生能源,逐步部分替代城市生產(chǎn)、生活常規(guī)能源已是大勢(shì)所趨。太陽能照明作為太陽能最重要的利用方式之一,也越來越受到能源行業(yè)和照明行業(yè)的關(guān)注。目前中國(guó)太陽能照明技術(shù)已經(jīng)比較成熟,太陽能路燈具的可靠性得到很大程度的提高, 業(yè)界先進(jìn)企業(yè)的太陽能照明燈
17、具已經(jīng)達(dá)到甚至超過國(guó)家照明標(biāo)準(zhǔn)。在能源緊張、拉閘限電的城市及用電困難的邊遠(yuǎn)地區(qū),有著很強(qiáng)的可推廣性。</p><p> 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,太陽能照明系統(tǒng)的前景很好。人們的消費(fèi)著眼點(diǎn)首先是實(shí)用、成本低,而目前采用的太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)是根據(jù)中國(guó)國(guó)情和民情研發(fā)的,性價(jià)比較高。太陽能照明在未來十年后將會(huì)普及,成為未來照明行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。</p><p><b> 太陽能路燈工作原理</
18、b></p><p> 系統(tǒng)由太陽能電池組件部分(包括支架)、LED燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器、蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成;太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2,效率較高,對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利;燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。</p><p> 控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì),美觀耐用;控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控
19、制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池,由于其維護(hù)很少,故又被稱為“免維護(hù)電池”,有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低;充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備(具備光控、時(shí)控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等)與成本控制,實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。</p><p><b> 第二章 方案論證</b></p><p><b> 2.1 設(shè)計(jì)要求</b>&l
20、t;/p><p> ?。?)電池板功率的計(jì)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><p> (3)連續(xù)陰雨天三天路燈仍能照明;</p><p> (4)光線暗時(shí)路燈自動(dòng)點(diǎn)亮,為節(jié)省電能晚上24點(diǎn)熄滅,早上5點(diǎn)路燈點(diǎn)亮,早上光線強(qiáng)時(shí)路燈自動(dòng)熄滅(開關(guān)燈時(shí)間點(diǎn)可調(diào));</p><
21、p> ?。?)系統(tǒng)斷電時(shí)可以保存用戶所設(shè)定的各種參數(shù)。</p><p><b> 2.2 方案選擇</b></p><p> 太陽能路燈跟普通路燈控制電路功能基本一樣,都是為了完成晚上亮燈,早晨熄燈的作用,還有就是對(duì)蓄電池的充電管理。國(guó)內(nèi)外常用的控制器有單獨(dú)的光控制型、時(shí)鐘控器型等,但由于其工作原理不同,各有優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>
22、 單獨(dú)的光控型一般采用感光探頭,當(dāng)晚上光線弱時(shí),自動(dòng)開啟路燈;早上光線較強(qiáng)時(shí),自動(dòng)關(guān)閉路燈,達(dá)到自動(dòng)控制的作用。為節(jié)省電力,早期的光控開關(guān),使用分立半導(dǎo)體器件,電路復(fù)雜,元器件較多,體積也較大,并且故障率高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了時(shí)基集成電路。使光控開關(guān)電路簡(jiǎn)化。感光探頭是影響光控開關(guān)性能的關(guān)鍵元器件,同時(shí)對(duì)它安裝位置也有一定要求,力求避免各種干擾光線,但在實(shí)際使用中,感光探頭難以判斷各種干擾光線,經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作[1]。<
23、;/p><p> 采用時(shí)鐘控器型的路燈控制器,要預(yù)先設(shè)定開關(guān)時(shí)間,使路燈按時(shí)亮燈、準(zhǔn)時(shí)熄燈,從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)開關(guān)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)時(shí)間不受外界干擾,除本身故障外不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動(dòng)變換開關(guān)時(shí)間,需人工經(jīng)常調(diào)整開關(guān)時(shí)間,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,不利于節(jié)省電力。定時(shí)開關(guān)又分為機(jī)械鐘表型和電子鐘表型,機(jī)械鐘表型以石英鐘為主,走時(shí)精準(zhǔn),但是由于機(jī)芯內(nèi)使用塑料齒輪在高溫下會(huì)變形,從而導(dǎo)致
24、停機(jī)現(xiàn)象。</p><p> 路燈的智能控制這一課題己有研究者,但目前尚未有成熟的產(chǎn)品上市。本設(shè)計(jì)是結(jié)合以上幾種控制方式的優(yōu)點(diǎn),綜合從節(jié)電、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用等方面考慮,利用定時(shí)控制和光敏電阻控制相結(jié)合的方式,實(shí)現(xiàn)太陽能路燈的設(shè)計(jì)。</p><p> 第三章 系統(tǒng)總體框圖</p><p> 太陽能LED路燈在白天通過太陽能電池組件采集太陽光的能量,并將其轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)
25、起來,即向蓄電池充電,在晚上光線較暗時(shí)由蓄電池經(jīng)路燈控制處理器控制,點(diǎn)亮LED燈用于路燈照明。 </p><p> 根據(jù)各部分電路的功能不同,整體電路可以分為以下幾個(gè)部分,太陽能電池板組件、過充過放電控制電路、STC12C2051單片機(jī)、蓄電池、時(shí)控光控電路、照明負(fù)載和時(shí)間顯示電路。系統(tǒng)總體方框圖如圖1所示。由太陽能電池板通過7805穩(wěn)壓電路為單片機(jī)供電,并通過為蓄電池充電,當(dāng)蓄電池電壓較低時(shí)其容量損耗
26、得很快,使用壽命也會(huì)縮減,為延長(zhǎng)蓄電池的壽命,要防止蓄電池出現(xiàn)過充或過放,因此本電路加的有過充過放控制電路。 </p><p><b> 第四章 系統(tǒng)硬件</b></p><p> 4.1 太陽能電池板</p><p> 在新能源中,公認(rèn)技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電主要有太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電兩種基本方式。&
27、lt;/p><p> (1) 太陽能熱發(fā)電:將吸收的太陽輻射熱能轉(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,如溫差發(fā)電等,目前功率都很小,有的尚處于原理試驗(yàn)階段;另一類是太陽能熱動(dòng)力發(fā)電,是將太陽熱能通過熱機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,其基本構(gòu)成包括集熱裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱機(jī)和發(fā)電機(jī)等。有些國(guó)家正在研制較大功率的裝置,已達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用水平。由于太陽能熱發(fā)電技術(shù)復(fù)雜,商業(yè)應(yīng)用只適合比較大的容量,因此發(fā)展不快,實(shí)
28、際應(yīng)用不多。</p><p> (2) 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,是將照射到太陽能電池上的光,產(chǎn)生光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成直流電能輸出,一般由太陽能電池方陣及支架、蓄電池、控制器、逆變器等部分組成。其缺點(diǎn):間歇性。受氣候條件影響;能量密度低;初始投資高。迄今已有100多個(gè)國(guó)家參與太陽能光電池的開發(fā)應(yīng)用。近年來,產(chǎn)量迅速增
29、加.生產(chǎn)成本開始下降[7]。目前.光伏發(fā)電主要用于三大方面:為無電場(chǎng)合提供電源;太陽能日用電子產(chǎn)品。如各類太陽能充電器、太陽能燈具等;并網(wǎng)發(fā)電。</p><p> 4.2 太陽能電池的基本特性</p><p> 太陽能電池陣列的伏安特性具有強(qiáng)烈的非線性。太陽能電池陣列的額定功率是在以下條件下定義的:當(dāng)日射S=l000W/m2;太陽能電池溫度T=25℃;大氣質(zhì)量AM=1.5時(shí),太陽能電池
30、陣列輸出的最大功率便定義為它的額定功率。太陽能電池陣列額定功率的單位為“峰瓦”,記以“Wp”。</p><p> 為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多,要為太陽能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討,近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。</p><p> 通過Hay模型的計(jì)算,可以得到的不同傾角平面的月平均太陽輻照量變化。在不同角度傾斜面上,
31、太陽輻照量差別較大,要為電池板選擇合適的傾角使其能獲得最大的太陽輻照量[9]。</p><p> 太陽能電池板分為單晶硅和多晶硅兩種,多晶面積較大,發(fā)電效率沒有單晶高,因此根據(jù)需要本設(shè)計(jì)采用70W單晶硅太陽能電池組件。</p><p><b> 4.3 蓄電池</b></p><p> 蓄電池組是太陽能電池方陣的儲(chǔ)能裝置,其作用是將方陣在
32、有日照時(shí)發(fā)出的多余電能儲(chǔ)存起來,在晚間或陰雨天時(shí)供負(fù)載使用。蓄電池組由若干蓄電池串并聯(lián)而成。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(shí)間和供電量。目前常用的是鉛酸蓄電池,重要的場(chǎng)合也有用鎘鎳蓄電池,但價(jià)格較高,相對(duì)來說應(yīng)用沒有前一種廣泛。</p><p> 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(chǔ)存起來。需要時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?。能量轉(zhuǎn)換過程是可逆的,前者稱為蓄電池充電,后者稱為蓄
33、電池放電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,蓄電池對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的電能起著儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)作用。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(shí)。蓄電池也能夠提供相對(duì)穩(wěn)定的電能[12]。</p><p> 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,蓄電池處于浮充放電狀態(tài),夏天日照量大,方陣給蓄電池充電;冬天日照量小,這部分儲(chǔ)存的電能逐步放出。在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán):白天方陣給蓄電池充電,晚上負(fù)載用電則全部由蓄電
34、池供給。因此要求蓄電池的自放電要小,耐過充放,而且充放電效率要高,當(dāng)然還要考慮價(jià)格低廉,使用方便等因素。</p><p> 蓄電池的循環(huán)壽命主要由電池工藝結(jié)構(gòu)與制造質(zhì)量所決定。但是使用過程和維護(hù)工作對(duì)蓄電池壽命也有很大影響,有時(shí)是重大影響。首先,放電深度對(duì)蓄電池的循環(huán)壽命影響很大,蓄電池經(jīng)常深度放電,循環(huán)壽命將縮短。其次,同一額定容量的蓄電池經(jīng)常采用大電流充電和放電,對(duì)蓄電池壽命都產(chǎn)生影響。大電流充電,特別是過
35、充時(shí)極板活性物質(zhì)容易脫落,嚴(yán)重時(shí)使正負(fù)極板短路;大電流放電時(shí),產(chǎn)生的硫酸鹽顆粒大,極板活性物質(zhì)不能被充分利用,長(zhǎng)此下去電池的實(shí)際容量將逐漸減小,這樣使用壽命也會(huì)受到影響。</p><p> 本電路采用鉛酸免維護(hù)蓄電池,不需專門的維護(hù);即便傾倒電解液也不會(huì)溢出,不向空氣中排放氫氣和酸霧;安全性能更好。但是對(duì)蓄電池的過充電更為敏感,因此對(duì)過充保護(hù)要求高;當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)過充電后,蓄電池極板易變形。</p>
36、<p> 4.4 太陽能控制器</p><p> 太陽能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器,是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài),隨時(shí)獲得PV站的工作信息,又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù),為評(píng)估PV系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外,太陽能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能,可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距
37、離控制。 </p><p> 太陽能控制器通常有6個(gè)標(biāo)稱電壓等級(jí):12V、24V、48V、110V、220V、600V . </p><p><b> 太陽能控制器的選擇</b></p><p><b> 退出保護(hù)電壓</b></p><p> 一些客戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn),太陽能路燈在亮了一段時(shí)間
38、后,尤其是連續(xù)陰雨天之后,路燈就會(huì)連續(xù)幾天甚至很多天不亮,檢測(cè)蓄電池電壓也正常,控制器、燈也都沒有故障。 這個(gè)問題曾經(jīng)讓很多工程商疑惑,其實(shí)這個(gè)是“退出欠壓保護(hù)”的電壓值的問題,這個(gè)值設(shè)置的越高,在欠壓后的恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng),也就造成了很多天都無法亮燈。 </p><p><b> LED燈恒電流輸出</b></p><p> LED由于自身的特性,必須要通過技術(shù)手
39、段對(duì)其進(jìn)行恒流或限流,否則無法正常使用。常見的LED燈都是通過另加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源來實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的恒流,但是這個(gè)驅(qū)動(dòng)卻占到整個(gè)燈總功率的10%-20%左右,比如一個(gè)理論值42W的LED燈,加上驅(qū)動(dòng)后實(shí)際功率可能在46-50W左右。在計(jì)算電池板功率和蓄電池容量的時(shí)候,必須多加10%-20%來滿足驅(qū)動(dòng)所造成的功耗。除此以外,多加了驅(qū)動(dòng)就多了一個(gè)產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)。工業(yè)版控制器通過軟件進(jìn)行無功耗恒流,穩(wěn)定性高,降低了整體功耗。 </p>
40、<p><b> 輸出時(shí)段</b></p><p> 普通的控制器一般只能設(shè)置開燈后4小時(shí)或者8小時(shí)等若干個(gè)小時(shí)關(guān)閉,已經(jīng)無法滿足眾多客戶的需求。工業(yè)版控制器可以分成3個(gè)時(shí)段,每個(gè)時(shí)段的時(shí)間可任意設(shè)置,根據(jù)使用環(huán)境的不同,每個(gè)時(shí)段可以設(shè)置成關(guān)閉狀態(tài)。比如有些廠區(qū)或者風(fēng)景區(qū)夜間無人,可以把第二個(gè)時(shí)段(深夜)關(guān)閉,或者第二、第三個(gè)時(shí)段都關(guān)閉,降低使用成本。 </p>
41、<p> LED燈輸出功率調(diào)節(jié)</p><p> 在太陽能應(yīng)用的燈具當(dāng)中,LED燈是最適合通過脈寬調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出不同的功率。限制脈寬或者限制電流的同時(shí),對(duì)LED燈整個(gè)輸出的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié),例如單顆1W的LED 7串5并合計(jì)35W的LED燈,在夜間放電,可以將深夜和凌晨的時(shí)段分別進(jìn)行功率調(diào)節(jié),如深夜調(diào)節(jié)成15W、凌晨調(diào)節(jié)成25W,并鎖定電流,這樣即可以滿足整夜的照明,又節(jié)約了電池板、蓄電池的配置成
42、本。經(jīng)長(zhǎng)期試驗(yàn)證明,脈寬調(diào)節(jié)方式的LED燈,整燈產(chǎn)生的熱量要小的多,能夠延長(zhǎng)LED的使用壽命。 有些燈廠在為了達(dá)到夜間省電的目的,把LED燈的內(nèi)部做成2路電源,夜間關(guān)閉一路電源來實(shí)現(xiàn)輸出功率的減半,但實(shí)踐證明,此種方法只會(huì)導(dǎo)致一半的光源首先光衰,亮度不一致或者一路光源提早損壞。 </p><p><b> 線損補(bǔ)償</b></p><p> 線損補(bǔ)償功能目前常
43、規(guī)的控制器很難做到,因?yàn)樾枰浖O(shè)置,根據(jù)不同的線徑與線長(zhǎng)給予自動(dòng)補(bǔ)償。線損補(bǔ)償在低壓系統(tǒng)中其實(shí)是很重要的,因?yàn)殡妷狠^低,線損相對(duì)比較大,如果沒有相應(yīng)的線損電壓補(bǔ)償,輸出端的電壓可能會(huì)低于輸入端很多,這樣就會(huì)造成蓄電池提前欠壓保護(hù),蓄電池容量的實(shí)際應(yīng)用率被打了折扣。值得注意的是,我們?cè)谑褂玫蛪合到y(tǒng)時(shí),為了降低線損壓降,盡量不要使用太細(xì)的線纜,線纜也不要過長(zhǎng)。 </p><p> 散熱很多控制器為了降低成本,沒有
44、考慮散熱問題,這樣負(fù)載電流較大或者充電電流較大時(shí),熱量增加,控制器的場(chǎng)管內(nèi)阻被增大,導(dǎo)致充電效率大幅下降,場(chǎng)管過熱后使用壽命也大大降低甚至被燒毀,尤其夏季的室外環(huán)境溫度就很高,所以良好的散熱裝置應(yīng)該是控制器必不可少的。 </p><p><b> 4.5照明負(fù)載</b></p><p> LED外施電壓后在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生受激電子躍遷光輻射。按照不同半導(dǎo)體基本材料的物
45、理特性,所產(chǎn)生的光波長(zhǎng)是不同的。發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是P—N結(jié),在半導(dǎo)體P—N結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子,少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體P—N結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光,而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光,必須以其它的方式合成白光。白光LED通常是在發(fā)射藍(lán)光的InGaN基材上涂熒光材料,熒光材料在受到藍(lán)光激勵(lì)時(shí)會(huì)發(fā)出黃光,藍(lán)光和黃光
46、的混合物形成白光[8]。</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(gè)束光型超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線方向性太強(qiáng),綜合視覺效果較差,因此應(yīng)首選平光型超高亮LED或平光型與束光型超高亮LED組合使用,將多個(gè)LED集中于一起,排列組合成一定規(guī)則的LED發(fā)光源。超高亮白光LED發(fā)光源既要保證有一定的照射強(qiáng)度,又要使其
47、具有較高的光效,然而電流的增大,光通量雖然增大,但是,另一方面電流的增加會(huì)引起光源熱損耗的增加,通常導(dǎo)致管溫的增加,其綜合效果是光效降低,所以把光通量和光效的交合點(diǎn)為最佳工作點(diǎn),一般為17.5mA 。</p><p> 超高亮白光LED發(fā)光源具有如下優(yōu)點(diǎn) :</p><p> (1)壽命長(zhǎng)。LED的壽命長(zhǎng)達(dá)h,而白熾燈的壽命一般不超過2000 h,熒光燈的壽命也不過5000 h左右。&
48、lt;/p><p> (2)效率高。相對(duì)于傳統(tǒng)的第一代照明光源白熾燈,LED的功耗只有前者的10%~20%。</p><p> (3)綠色環(huán)保。與廣泛使用的第二代照明熒光燈相比,LED不含汞、無頻閃,是一種環(huán)保光源。</p><p> (4)耐低溫。環(huán)境使用溫度在一40℃~80℃ ,環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)[7]。</p><p> 這種電路的關(guān)
49、鍵是針對(duì)蓄電池的充放電特性設(shè)計(jì)一個(gè)比較好的電壓比較點(diǎn),再加上發(fā)光二極管構(gòu)成的充放電狀態(tài)指示電路,便成了一個(gè)具有實(shí)用功能的智能控制器,具有防蓄電池過放電、過充電功能。在太陽輻照不足的幾個(gè)月,由于蓄電池的充電狀態(tài)通常較低,使蓄電池放電時(shí)端電壓也較低,這樣負(fù)載工作電流較小、功率小,系統(tǒng)也能夠工作更長(zhǎng)的時(shí)間。反之在太陽輻照比較充足時(shí),負(fù)載工作電流較大、功率大、也更亮。</p><p> 太陽能LED發(fā)光源:在太陽能LE
50、D燈具中,發(fā)光源所用的LED數(shù)量,從1個(gè)到上千個(gè)不等,一定數(shù)量的LED組成一個(gè)發(fā)光源時(shí),其排列和組合是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)。即不同的排列和組合對(duì)整體的亮度都有影響。在LED排列組合上依據(jù)光學(xué)原理及數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立數(shù)學(xué)模型,最有效地發(fā)揮超高亮白光LED的發(fā)光效率,并使得單位面積LED的數(shù)量少以降低成本。</p><p> 本設(shè)計(jì)采用的單個(gè)高亮管的正常工作電壓3.3V,共采用28個(gè)1W高亮管,每7個(gè)高亮管串聯(lián)成一組,共
51、四組并連在電路中,這樣也可以減少當(dāng)電路中的某一個(gè)高亮管出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)其他高亮管的影響,由于高亮管的直射效果好,所以燈具的體積要盡量小一些,這樣可以使高亮管的照射范圍更大一些,高亮管盡量選用照射角度大一些的高亮管。</p><p> 4.6 蓄電池和太陽能板的選用</p><p> 泰安地區(qū)安裝在太陽能路燈。路燈的工作電壓為12V /15W,由于路燈一天要工作8個(gè)小時(shí)左右,考慮連續(xù)陰天3天
52、情況下系統(tǒng)的供電,泰安地區(qū)日照數(shù)3小時(shí)。且按80%的放電率計(jì)算,求組件選用的功率以及蓄電池的容量:</p><p> 組件功率:(15W×8H)/3×1.5=60W</p><p> 3---日照數(shù),在當(dāng)?shù)貧庀缶侄伎刹樵兊?lt;/p><p><b> 8---照明時(shí)間</b></p><p>&l
53、t;b> 1.5--損耗系數(shù)</b></p><p><b> 電池容量:</b></p><p> Qx=〔(15W×8H)/12V〕×(3+1)×1.8=72AH</p><p><b> 式中:</b></p><p> Qx——蓄電池
54、容量;</p><p> 8——蓄電池放電時(shí)間;</p><p> 1.8---損耗系數(shù)</p><p> 連續(xù)陰雨天3天,考慮當(dāng)天夜間已放電一天,故按3+1天計(jì)算</p><p> 應(yīng)選用組件功率60W和72Ah免維護(hù)蓄電池。</p><p> 太陽能LED燈具的具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示:</p>
55、<p> 表1 太陽能LED燈具的主要性能指標(biāo)</p><p> 4.7 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(shí)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(shí)斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護(hù)蓄電池,</p><p> 延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。過充、過放控制電路如圖4。過充、過放判斷的依據(jù)主要是
56、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(shí)處于正常充電狀態(tài)時(shí),由太陽能板吸熱經(jīng)繼電器開關(guān)常閉點(diǎn)向蓄電池充電,當(dāng)蓄電池的電壓高于26V時(shí),認(rèn)為蓄電池處于過充狀態(tài),U1A“-”端電壓高于“+”端電壓時(shí)U1A輸出“-”,低電平,使Q1截止,同時(shí)Q2導(dǎo)通,繼電器線圈J1通電,則繼電器常閉點(diǎn)斷開,常開點(diǎn)閉合,充電電路斷開過充指示燈亮,停止向蓄電
57、池充電,達(dá)到過充保護(hù)功能。</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(shí),放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負(fù)載供電時(shí),當(dāng)蓄電池的電壓低于22V時(shí),認(rèn)為蓄電池處于過放狀態(tài),此時(shí)U1B“+”端電壓低于其“-”端電壓時(shí),U1B輸出“-”低電平,使Q3截止,同時(shí)Q4導(dǎo)通,繼電器線圈J2通電,繼電器開關(guān)由常閉點(diǎn)轉(zhuǎn)到常開點(diǎn),放電電路就斷開,過放指示燈亮停止向負(fù)載供電。達(dá)到過放保
58、護(hù)功能。</p><p> 第五章 太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b> 5.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 一個(gè)設(shè)計(jì)得好的太陽能路燈系統(tǒng),其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為:</p><p> 能穩(wěn)定、可靠的給計(jì)劃負(fù)載(燈源)供電;</p><p> 根據(jù)使用地的地理位置、輻射條件選擇好方陣
59、的最佳傾角,以使太陽能電池板獲得最佳的輻射度,并在一年中有時(shí)間上的均勻性;</p><p> 太陽能電池方陣和蓄電池的選配是優(yōu)化經(jīng)濟(jì)的;</p><p> 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)安全可靠。</p><p> 盡延長(zhǎng)提高蓄電池壽命。</p><p><b> 5.2 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>
60、; 太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面:容量設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。</p><p> 太陽能路燈系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)的主要目的就是要計(jì)算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽電池組件和蓄電池的容量。同時(shí)要注意協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本兩者之間的關(guān)系,在滿足系統(tǒng)工作的最大可靠性基礎(chǔ)上盡量地減少系統(tǒng)成本。</p><p> 太陽能路燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要目的是根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的硬件設(shè)備包括太陽電
61、池組件的選型,支架設(shè)計(jì),電纜的選擇,控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、照明和照度設(shè)計(jì)等。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要綜合考慮系統(tǒng)的軟件和硬件兩個(gè)方面。</p><p> 在進(jìn)行太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前,需要了解并獲取一些進(jìn)行計(jì)算和選擇必需的基本數(shù)據(jù):太陽能路燈系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的地理位置,包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔;該地區(qū)的氣象資料等。</p><p> 太陽能路燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括負(fù)載用電量的估算,太
62、陽電池組件數(shù)量和蓄電池容量的計(jì)算以及太陽電池組件安裝最佳傾角的計(jì)算。因?yàn)樘栯姵亟M件數(shù)量和蓄電池容量是光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,所以本節(jié)將著重講述計(jì)算與選擇太陽電池太陽電池組件和蓄電池的方法。</p><p><b> 結(jié)束語</b></p><p> 陽能電池作為能源,以達(dá)到環(huán)保節(jié)約的目的。設(shè)計(jì)中使用了光控和時(shí)控相結(jié)合的方法,避免了光控方法易受干擾,時(shí)控需頻繁
63、設(shè)置時(shí)間的麻煩,為了節(jié)約用電,在深夜行人較少時(shí)路燈根據(jù)設(shè)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的太陽能路燈設(shè)計(jì)是針對(duì)已經(jīng)存在的路燈進(jìn)行改進(jìn),首先采用了太置的熄燈時(shí)間熄滅,早上行人多時(shí)根據(jù)設(shè)置的開燈時(shí)間亮燈。其次內(nèi)部設(shè)置有蓄電池,用于保證在陰雨天氣供電。本設(shè)計(jì)需要改進(jìn)的地方有由于蓄電池自身的容量限制,不能保證在陰雨天長(zhǎng)時(shí)間對(duì)外供電。</p><p> 希望這個(gè)問題在以后的新型能源出現(xiàn)之后可以得到圓滿解決。</p><p
64、><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 劉樹民.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工.科學(xué)出版社,2006</p><p> [2] 張正華.有機(jī)太陽電池與塑料太陽電池.化學(xué)工業(yè)出版社,2006 </p><p> [3] 許日滔.車用LED頭燈組研發(fā)介紹.臺(tái)灣車輛研測(cè)資訊,2005 </p><p
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66、)</p><p> [8] 項(xiàng)紅升,李明,王志華等.LED在綠色節(jié)能照明中的應(yīng)用進(jìn)展.可再生能源,2004(5)</p><p> [9] 馮昌,徐進(jìn)明.超高亮度LED在太陽能城市燈光系統(tǒng)中的應(yīng)用.武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào),2003年(16)</p><p> [10] 岳靜,黃文軒.太陽能電源的應(yīng)用與展望[J].通訊世界,2002(02):7</p>
67、<p> [11] 趙爭(zhēng)鳴,劉建政等.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.10</p><p> [12] 江雪山.智能路燈控制電路.家庭電子,2006.2</p><p> [13] 趙貴顧,雷英豪.時(shí)鐘控制器.新穎實(shí)用電路,2004.8</p><p><b> 致謝</b></p>
68、<p> 三年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào),而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào),我將面對(duì)又一次征程的開始。三年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下,走得辛苦卻也收獲滿囊,在論文即將付梓之際,思緒萬千,心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜,可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人,我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生,而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),學(xué)識(shí)淵博,思想深邃,視野雄闊,為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不
69、如授人以漁,置身其間,耳濡目染,潛移默化,使我不僅接受了全新的思想觀念,樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo),領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式,從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。 </p><p> 感謝我的爸爸媽媽,焉得諼草,言樹之背,養(yǎng)育之恩,無以回報(bào),你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際,我的心情無法平靜,從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成,
70、有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助,在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意! </p><p> 同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。 </p><p> 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué),以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。</p><p> 羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇羈芀羋薃肀羀蒃葿肀肂芆螈聿膄蒂螄肈莇芄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅
71、芁薈螁肄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿羋薅袇螈肇莈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖螅肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒃薂袂羈芅蒈袁膀蒁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄袈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿薆蚅羆肁荿蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇羈芀羋薃肀羀蒃葿肀肂芆螈聿膄蒂螄肈莇芄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁肄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿羋薅袇螈肇莈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖螅肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒃薂袂羈芅蒈袁膀蒁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄袈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿薆蚅羆肁荿蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃
72、肆芀螁羂膈蒅蚇羈芀羋薃肀羀蒃葿肀肂芆螈聿膄蒂螄肈莇芄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁肄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿羋薅袇螈肇莈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖螅肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒃薂袂羈芅蒈袁膀蒁袆袁芃莄螂袀蒞蕿蚈衿肅莂薄袈膇薇蒀羇艿莀蝿羆罿薆蚅羆肁荿蟻羅芄蚄薇羄莆蕆裊羃肆芀螁羂膈蒅蚇羈芀羋薃肀羀蒃葿肀肂芆螈聿膄蒂螄肈莇芄蝕肇肆薀薆肆腿莃裊肅芁薈螁肄莃莁蚇膄肅薇薃螀膅荿葿蝿羋薅袇螈肇莈螃螇膀蚃蠆螇節(jié)蒆薅螆莄艿襖螅肄蒄螀襖膆芇蚆袃羋蒃薂袂羈芅蒈袁膀蒁袆袁
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