LED太阳能路灯的设计与调试安装毕业设计论文.docx
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LED太阳能路灯的设计与调试安装毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目：
LED太阳能路灯的设计与调试安装
系（院）：
专业：
电气自动化技术
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
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6）论文主体部分：
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8）致谢
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2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
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2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
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建议成绩：
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（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
太阳能是最环保的能源，利用太阳能来照明将是低碳生活的发展趋势。
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。
随着太阳能与电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能发电的应用越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为节能环保系统在国内大规模的使用，被越来越多的人所接受。
太阳能路灯利用太阳电池的光生伏特效应原理，白天太阳电池吸收太阳能产生电能，通过控制器储存在蓄电池里，当夜幕降临周围光照度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电。
太阳能路灯有着节能环保、可靠耐用、安装灵活方便、安全、自主供电等功能。
太阳能路灯系统,主要由太阳能光电池组件、蓄电池、控制器和照明灯具组成。
在路灯系统的控制下，白天有阳光就充电储能，晚上光控和时空点亮发光负载，照明道路。
太阳能路灯系统的控制器是整个路灯系统中充当管理者的关键部件，它的最大功能是对蓄电池进行全面的管理，防反充电控制，防过充电控制，防过放电控制。
关键字太阳能LED灯蓄电池
引言········································································1
第1章LED太阳能路灯照明系统组成及工作原理···································2
1.2工作原理介绍··························································2
1.3路灯工作环境························································3
第2章设计意义和要求·······················································4
2.1太阳能使用的意义和发展··············································4
2.2LED灯使用的意义·····················································4
2.3设计要求·····························································5
3.1总体思路设计·······················································6
3.2太阳能电池组件选择···················································7
3.3蓄电池类型及容量选择·················································7
3.4太阳能控制器功能设计·················································8
3.5LED光源设计························································13
3.6灯杆及支架设计····················································13
3.7防雷接地设计························································14
第4章安装调试，问题及解决方法··············································16
4.1安装调试····························································16
4.2问题及解决方法······················································16
4.3太阳能路灯整体安装示意图·············································18
第5章结论·································································20
致谢········································································21
参考文献···································································22
引言
跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。
而能源问题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。
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通也同时是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量的可再生能源，可以说是取之不尽，用之不竭。
同时，随着太阳能电池转换效率以及生产技术自身的不断提高，太阳能光伏发电的应用也越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为发电系统在国内的主要应用模式被越来越多的人所认识并接受。
我国太阳能路灯首先在沿海发达地区使用。
2005年上海崇明岛建设了风光互补道路照明工程。
2006年，北京市北村照明工程全部采用太阳能照明。
2006年11月，青岛市政府在青岛市宾川路进行了太阳能路灯示范性试点安装。
2007年深圳市福田区下沙大道两旁安装了38套太阳能路灯，在白天光照较强势，晚间使用太阳能供电照明，而在长期阴雨等光照不足的条件下自动切换使用市电供电。
在08年奥运前，由于北京奥组委提出“绿色奥运”的口号，所以在北京奥运会场地及其相关会场中90%使用太阳能照明等。
在科技高度发展的今天，能源作为一切科研行为的必不可少的基本条件，而一直为人们所注视。
在煤矿和石油日益减少，环境污染不断加大的情况下，人们致力于发展新型可持续无污染的能力资源，而太阳能便是其中的佼佼者。
第1章LED太阳能路灯照明系统组成及工作原理
1.1LED太阳能路灯的组成
太阳能路灯主要由以下几个部分组成：
太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、光源（LED灯组）、灯罩及支架等。
图1-1太阳能路灯的组成部分
1.2工作原理介绍
太阳能路灯系统的工作原理：
太阳能路灯利用太阳能电池的广生伏特效应原理，在白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出通过经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当光照变得灰暗的时候蓄电池通过控制器给LED灯供电，再使电能转换成光能，用来照明道路。
蓄电池放电12小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。
支架和灯罩起着保护灯泡，系统及白天的装饰作用，保证这个路灯循环正常运行。
充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。
1.3路灯工作环境
表1-1全国太阳辐射分布
区域划分
丰富地区
比较丰富地区
可以利用地区
贫乏地区
年总辐射量（KJ/cm2.年）
≥580
500～580
420～500
≤420
地域
内蒙西部、甘肃西部、新疆南部、青藏高原
新疆北部、东北、内蒙东部、华北、陕北、宁夏、甘肃部分、青藏高原东侧、海南、台湾
东北北端、内蒙呼盟、长江下游、福建、广东、广西、贵州部分、云南、河南、陕西
重庆、四川、贵州、广西、江西部分地区
连续阴雨天数
2
3
7
5
特征
年日照≥3000h
百分率≥0.75
年日照2400～3000h
百分率0.60.7
年日照1600～2400h
百分率0.6～0.4
年日照≤1600h
百分率≤0.4
实验设计所在地是南京，在长江下游属于可以利用地区。
第2章设计意义和要求
2.1太阳能使用的意义和发展
据统计每年我国陆地接受的太阳辐射总量相当于24000亿吨标准煤炭，太阳能利用条件比较好的地府总共占国土面积的三分之二以上。
特别是在我国的西部地区，人口密集度低，距离骨干电网较远，且交通不便利，由此可知太阳能是这些偏远地区的最佳能源选择，在青藏地区铁路边上的中国移动基站，基本全部采用太阳能，一些火车小站、乡镇和牧场照明采用太阳能照明。
在经济较发达，现代化水平较高的沿海中小型曾是，建设和建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施，一开始在公益性的建筑上应用，然后渐渐推广到其他建筑物的应用，同时在道路、公园、车站等公共场地中推广使用了光伏电源。
太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的青睐，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳能电池就是利用太阳能工作的
照射在地球上的太阳能能量非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。
可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源，而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。
所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。
它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：
无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费的时间短。
不足之处是：
照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。
但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视，例如：
（1）节能环保:
据统计，所有路灯改为太阳能路灯可以节省一个三峡水电站的发电量。
不仅如此，太阳能是一种清洁的可再生能源，它不仅节约了电能，而且减少了二氧化碳的排放量。
有关数据表明太阳能路灯每年可以减少7740万吨二氧化碳就相当于节省了310亿美元的二氧化碳减量成本。
（2）可靠耐用：
太阳能路灯在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少发生故障；目前绝大多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证10年以上性能不下降，太阳能电池组件可以发电25年或更长的时间。
（3）安装组件灵活性：
安装方便，用户根据自己的需要选择和调整太阳能路灯的功耗和容量大小。
2.2LED灯使用的意义
在满足人们对高质量照明需求的同时，实现保护环境、节约电能的目标是现代绿色照明的宗旨。
传统的照明灯具主要有白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯等，现广泛应用在路灯、隧道照明、景观照明、工业照明等各个领域，这些灯含有汞、铅、砷等污染环境、危害人类健康的有害物质，而且具有高能耗、短寿命等缺点，其生产和使用过程中都会对环境造成污染。
随着各类新型电光源的问世，上述问题正在逐渐得到解决，LED照明就是对传统灯具一个很好的替代。
LED是发光二极管的简称，LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它是一种能够将电能直接转化为可见光的固态的半导体器件。
由于LED可以直接把电转化为光而不再需要像传统照明灯那样先发热，再发光，所以它被称为第四代照明光源或绿色光。
LED的响应时间一般只有几纳秒至几十纳秒，使频繁开关，调节明暗成为可能。
而且LED作为全固态发光体，耐震、耐冲击不易破碎、发热量低、无热辐射、是冷光源、不含汞、钠元素等可能危害健康的物质，废弃物可回收、没有污染。
LED具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域，由于具备这些优点，LED照明正在成为步入高速发展期的新兴产业。
LED理论寿命超过10万小时，LED路灯的实际使用寿命在6万小时以上，等于是现今流通最好的高压钠灯15倍以上的寿命，所以：
高压钠灯更换15次以上，LED路灯才更换一次，更换光源成本低。
表2-1灯具功率比较
LED
卤素灯
白炽灯
节能灯
1W
35W
25W
3W
50W
40W
7W
5W
60W
12W
7W
100W
24W
9W
150W
30W
12W
200W
40W
2.3设计要求
整体路灯的设计要求主要是节能环保，安全，设计简单，路灯照射范围广，电池安全耐用，充分考虑各种因素，例如:
1.LED路灯是低电压、大电流的驱动器件,其发光的强度由流过LED的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度,因此LED的驱动需要提供恒流电源,以保证LED使用时的安全。
备用电路用市电驱动LED灯需要解决降压、隔离、PFC（功率因素校正）和恒流问题,还需有比较高的转换效率,有较小的体积,能长时间工作,易散热,低成本和过温、过流、短路、开路保护等。
2.在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的
3.另外还要结合当地的光资源情况，当地阴雨天气情况，电池板受灰尘覆盖、温度影响、控制器、蓄电池的各种效率等实情况进行综合考虑。
第3章系统设计
3.1总体思路设计
系统简介
一个完整的LED太阳能路灯系统包括:
LED光源，控制器，蓄电池，太阳能电池组件以及路灯支架。
其中太阳能电池组件，控制器，蓄电池，LED光源是决定路灯系统性能的关键，下面着重进行介绍：
（下面是重要器件关系图）
图3-1太阳能路灯关系图
这样布局的优点:
1.易于理解，控制器是整个太阳能路灯的核心，太阳能电池板和LED灯组是主体。
2.将太阳能路灯主要功能单元分离，在安装时易于安装和发现问题，例如：
蓄电池因体积重量和危险性问题应该用导线外接控制器，并安防在路灯的地下，保证它的安全性。
缺点：
1.将路灯主要功能单元分离，也意味着减少控制器的集成度，增加整个太阳能路灯系统的成本。
2.控制器是整个系统的核心，它有很多的外接线路导致要降低它的保护装置增加外接口，增加了控制器会坏的可能性。
3.2太阳能电池组件选择
图3-2太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中运用价值最高的部分。
它的作用是将太阳的辐射能转换为电能，并送到蓄电池内储存起来。
在大多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太能电池和非晶硅太阳能电池等三种。
在太阳光充足日照良好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，并且价格比单晶硅太阳能电池低。
而在阴雨天比较多、阳光相对不是太充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。
非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。
另外第二代太阳电池的研制，即将取得突破性进展，其核心部件是一种可粘接的薄膜，即薄膜太阳能电池材料。
3.3蓄电池类型及容量选择
1.类型选择
目前采用的太阳能路灯蓄电池有：
密封铅酸蓄电池、普通铅酸蓄电池,胶体蓄电池，锂铁蓄电池和碱性镍镉蓄电池等，电压一般为12V或24V。
（1）铅酸蓄电池：
适于低温高倍率放电，比能量偏低，目前大部分太阳能路灯采用。
密封免维护，价格低。
注意防止铅酸污染，应逐步淘汰。
（2）镍镉蓄电池：
放电倍率高、低温性能好，循环寿命长，小型系统采用。
注意防止镉污染。
（3）镍氢蓄电池：
高倍率放电，低温性能好，价格便宜，无污染，为绿色环保电池。
适合小型系统采用。
要大力提倡。
2．容量选择
图3-3蓄电池
蓄电池容量的选择大多要遵循以下几个原则：
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所需要的电能量。
蓄电池容量过小，不能满足夜晚照明的需要；容量过大，蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，也造成浪费。
蓄电池应与太阳能电池、用电负荷相匹配。
可用一种简单方法来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倍以上为好。
最后选择容量为80Ah/12V，采用镍氢蓄电池图3-3。
在蓄电池的防护方面采用地埋式处理，减少温度对蓄电池的影响。
蓄电池要经过容量检测、自放电试验、温度适用范围试验等
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