新余市太阳能LED路灯课程设计.docx
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新余市太阳能LED路灯课程设计
课程设计
课程名称太阳能光伏发电技术
班级
专业光伏发电技术与应用
学号：
1003030217
姓名：
廖红忠
指导教师：
李玲
提交日期：
2012年6月21日
课程设计成绩：
摘要
关键词
第1章LED太阳能路灯系统设计的意义及要
求2
第2章新余市地理情况及基本气象3
2.1新余市地理概况3
2.2新余市基本气象3
第3章LED路灯系统设备选型4
3.1LED太阳能路灯系统的组成与原理4
3.2系统负载选择4
3.2.1LED灯发光原理5
3.2.2LED灯的基本参数5
3.2.3LED灯的的特性5
3.3蓄电池选择6
3.3.1蓄电池的简介6
3.3.2蓄电池的基本参数6
3.4太阳电池组件选择7
3.4.1太阳电池组件简介及其参数7
3.5控制器选择7
3.5.1控制器简介7
3.5.2控制器的基本参数
3.6LED灯杆的选择8
3.6.1LED灯杆的简介及各项参数8
第4章LED路灯的设计9
4.1太阳电池方阵倾角和方位角的设计9
4.1.1太阳电池方阵倾角和方位角的概念9
4.1.2太阳电池方阵倾角和方位角的计算9
4.2LED路灯系统中蓄电池数量的设计9
4.2.1LED路灯系统蓄电池数量的计算9
4.3LED路灯系统中太阳电池组件的设计10
4.3.1LED路灯系统中太阳电池组件个数的计算及布置10
第五章太阳能路灯的安装和施工11
第六章设计总费用及性价比分析12
6.1LED路灯系统总费用估算12
6.2LED路灯系统与节能灯系统性价比分析12
主要参考文献…13
课程设计心得体会14
新余市太阳能LED路灯课程设计
摘要：
全球性的能源短缺、环境污染、气候变暖正日益严重地困扰这人类社会。
“寻求绿色替代能源，实现可持续发展”已成为世界各国共同面临的问题。
为了响应这一政策设计一套太阳能LED路灯系统，
通过介绍太阳能电池组件、光伏控制器、LED灯与节能灯，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，得出LED灯使用优于节能
灯，不仅适用而且环保，同时也可以让人们提高使用LED的理念。
关键词：
太阳能LED路灯系统、太阳电池组件、光伏控制器、蓄电池组、
LED灯、节能灯、性价比
第一章太阳能LED路灯设计的意义与要求
面对人类的可持续发展，从现有常规能源向清洁、可再生的新能源过渡已提到议事上来了，因为新能源是依托高新技术的发展，开辟持久可再生能源的道路，以满足人类不断增长的能源需求，利用太阳能发电，不需要燃料，不污染环境、清洁，而且太阳电池组件在一般情况下的使用寿命可达20年以上，性能稳定，同时维护费用较低。
太阳能是取之不尽、用之不竭的，是人类能够自由利用的能源，在世界能源短缺、环境污染日日益严重的今天，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策，与传统的的照明灯相比，超高亮白光LED照明源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件。
在功耗上，寿命以及环保等方面有不可比拟的优越性，再加上太阳能灯的节能性和安装简便，所以凡有工频交流电灯的地方，LED灯的触角就会到达。
21世纪将是以固体发光材料为核心的，即以LED为代表的新型光源、绿色照明的世纪。
今后，随着各国政府的高度重视和加大投入，LED灯必将成为本世
纪极具竞争力的新型绿色环保光源从而掀起照明领域新的革命。
LED太阳能路灯不需要架设输电线路或挖沟铺设电缆，不用专人管理和控制，可安装在广场、停车场、高尔夫球场、校园、公园、街道、和高速公路等任何地方。
道路照明与人们生产生活密切相关，随着我国城市化进程的加快，绿色、高效、长寿命的LED路灯逐渐走进了人们的视野。
新
型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯系统不仅对城市照
明节能有着重大意义，而且还与城市人民的健康生活水平，经济发展息息相关。
设计出合理的LED路灯系统既是我们对专业知识学习综合性的考察，同时也是对整个地区的发展贡献一份绵薄之力。
因此，如何为某地区设计出合理的LED路灯系统是我们不容忽视的问题。
我想，对于设计太阳能LED路灯系统要有以下基本要求：
（1）了解该地区的基本气象状。
2）选择性价比高的太阳电池板，控制器，蓄电池等一系列组件。
（3）采取有效的
措施对系统进行保护。
只有这样通过综合性考虑，最终才能设计出合理的方案，实现它的价值意义。
第二章新余市地理情况及基本气象
2.1新余市地理概况
新余市位于江西省中部偏西，袁河中下游，鄱阳湖平原边缘，浙赣铁路西段，地处北纬27°33'〜28°05',东经114°29’〜150°24'。
全境东西最长处101.9公里，南北最宽处65公里，东距省会南昌市150公里，土地总面积3164平方公里，占全省总面积的1.9%。
东临樟树市、新干县，西接宜春市袁州区，南连吉安市青原区、安福县、峡江县，北毗上高县、高安市。
赣粤高速公路、沪瑞高速公路分别自北向南、自东向西穿越市境。
地理环境优越，交通便利，经济发展迅速，工业化水平较高，是江西省的钢铁工业基地。
具有建设现代工业经济中心城市的得天独厚的条件。
2.2新余市基本气象
新余市属亚热带湿润性气候，雨量充沛，气候温和，无霜期长，严冬期短，土层肥厚。
既适宜喜温作物的栽培，也有利秋播作物的越冬。
目前新余为全省商品粮基地，也是全国优质棉区之一。
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/m
13714KJ/m/m
29.4
-7.2°C
74%-8
4%
1655h
5天
第三章LED路灯系统设备选型
3.1LED太阳能路灯系统的组成与原理
太阳能路灯由以下几个部分组成：
太阳能电池板、光伏控制器、蓄电池组、直流负载。
在光伏控制器的控制下，白天太阳电池组件向蓄电池组充电，晚上蓄电池组提供电力给直流负载，充放电控制器的主要作用是天黑时自动开灯；天亮时自动关灯；在蓄电池电量不足时，自动断开负载，防止蓄电池过放电；并有短路保护、反接保护等。
其工作原理图如图3.1
所示：
图3.1太阳能路灯系统框图
3.2系统照明负载选择
321LED灯光源
LED即发光二极管，主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。
LED具有管线质量高、基本上无辐射、可靠耐用、维护费用极为低廉灯优势，属于典型的绿色照明光源。
超高亮度LED的研制成功大大的降低了太阳能LED照明灯具的使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统的初装成本，并且具有保护环境、安装简单。
工作安全经济节能等优点。
采用平头LED的柱式和炬式组合光源结构，通过合理控制平头LED安
装倾斜角度，可使LED组合光源所发出的均匀度及照度得到大幅提升。
为太阳能LED照明系统专门研制的组合十字型和炬型组合发光源，充分发挥平头LED开光角度大、光均匀度良好和圆头LED点面积亮度高的优点，使两者取长补短，发挥最大的光照。
通过对传统LED照明灯具的结构、智能
控制器、光源结构的更新及技术改革，进行最佳倾斜角设计，使平头和圆头LED的优势互补，从而使其发光更均匀，整体亮度更高，成本更低，更有利于应用推广。
3.2.2LED灯的基本参数
本设计采用功率为30wLED灯，其基本参数如下表所示:
目前，照明约占世界总能耗的20%若能以高效率的LED取代目前低效率、高耗电的传统照明，无疑对缓解当前越来越紧迫的能源和环境问题起到举足轻重的作用。
虽然LED的应用现在仍处于初期阶段，但与现行照明设备比较，LED照明优点仍然突出：
（1）发光效率高、耗能少LED的光效预计可达到200lm/W以上，而且光的单色性好、光谱窄。
在同等照明效果下，LED的耗电量是白炽灯的1/8，荧光灯的1/2。
（2）使用寿命长LED的使用寿命可以长达近十万小时，而白炽灯一般为1000〜2000h，荧光灯为6000〜
8000h。
（3）安全环保LED为全固态发光体，耐振、耐冲击，而且发热量低，
无热辐射，无污染。
（4）启动时间短LED的响应时间只有几十纳秒，因此适合用在一些需要快速响应的场合。
（5）体积小LED具有小型化、平面化、
可设计性强的特点，可以使人们从传统的点线光源点局限中解放出来，实现照明的随意布置。
白光LED的发光效率现已突破150lm/W,据预测，随着LED单价的下降，白光LED照明将逐步取代白炽灯和荧光灯，成为主流的照明光源。
LED是低压驱动的冷光源，它的性能受使用条件和驱动器性能的制约。
3.3蓄电池选择
331蓄电池的简介
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池，系统才能工作。
一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。
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。
太阳能电池功率必须比负载功率高出3—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。
3.3.2蓄电池的基本参数
通过一系列综合考虑，选择NP-XA1265CI型号蓄电池，其基本参数为:
型号
NP-XA1265CH
品牌
NIDEL铅酸免维护封闭式蓄电池
价格
460元/个
使用寿命
8至10年
额定电压
12v
额定容量
65Ah
工作温度
-25C—40C
最低工作温度
-20C
最大允许放电深度
80%
尺寸
350*166*175mm
重量
20Kg
工作湿度
74汇80%
3.4太阳电池组件选择
341太阳电池组件简介及其参数
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。
其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或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有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。
在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区，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。
太阳电池组件的基本参数如下表所示：
品牌
LAX
型号
LAX-80W
类型
单晶硅电池组件
尺寸
1200X540x35mm
重量
9Kg
价格
480.0元
功率
80W
开路电压
21.5V
短路电流
4.91A
填充因子
73%
最大工作电压
17.5V
最大工作电流
4.6V
工作温度范围
-40C〜+80C
表面可以承受的最大压
60/m/s（200kg/sq.m）
3.5控制器选择
3.5.1控制器的简介
无论太阳能灯大小，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。
为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充放电及深度充放电。
在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。
同时太阳能控制器应兼有路灯控制
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