课程设计太阳能路灯系统设计方案.docx

课程设计太阳能路灯系统设计方案.docx

《课程设计太阳能路灯系统设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计太阳能路灯系统设计方案.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

课程设计太阳能路灯系统设计方案

课程设计

课程名称：

 太阳能光伏发电技术   

班  级：

 10级光伏发电一班    

专  业：

 光伏发电技术及应用   

学  号：

   1003030116      

姓  名：

   李  约      

指导教师：

   李  玲      

提交日期：

    年  月  日  

课程设计成绩：

摘要

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。

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，随着科技的日益先进，太阳能的应用将会越来越广泛，尤其太阳能发电领域在短短的数年时间内已发展成为成熟的朝阳产业。

同时，随着技术的成熟和成本的下降，全球LED市场近年来保持快速增长的态势，LED将逐步进入家庭、办公室等通用照明领域，这将成为未来推动。

太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用应运而生，并已经逐渐形成一定的规模，其具有极其广阔的发展前景和深远意义!

目前，道路照明占整个照明用电量的25%~30%,因此道路照明节能具有很大的潜力和空间。

而目前道路照明使用最多的是传统高压纳灯，就需要在繁华的街道上架线，不仅破坏了环境而且对有色金属的消耗也非常的大，在消耗电能的同时其实是对化石原料的消耗，如此同时还产生了大量的二氧化碳和硫的化合物等有害物质，造成了地球的温室效应，而硫的化合物却带来了酸雨。

这种光源存在显色性差、启动时间长、耗电量高、发热量大，污染大等缺点促使更节能更环保新的产品的新道路照明光源产品——LED太阳能路灯系统诞生了。

太阳能LED路灯系统是指由太阳能电池发电，通过微电脑芯片的控制器对电能的管理。

控制蓄电池充电和放电点亮LED灯，它是一个自给自足的系统，白天利用太阳能电池板吸收太阳能发电把电能储存在铅酸蓄电池中，到了晚上就由铅酸蓄电池供电给LED路灯供电。

关键词：

节能环保LED光伏系统太阳能路灯

摘要  2

目录  1

前言  3

第一章 绪论  5

1.1 新余市地理情况及基本气象  5

1.2 LED太阳能路灯系统的组成及功能  5

1.3 太阳能路灯照明系统工作原理介绍  6

1.4设计思路及其设计原则  6

1.5新余市led路灯设计要求  7

第二章 LED路灯系统设备介绍  7

2.1 灯杆  7

2.2.LED路灯的定义  7

2.2.1LED的结构及发光原理  8

2.2.2LED路灯的特点与应用优势  9

2.2.3新余市某道路道路照明灯具的具体要求主要有以下几个指标：

  10

2.3 太阳能电池板  11

2.3.1硅太阳电池的工作原理与结构  11

2.3.2太阳能电池的基本特性  14

2.3.3 太阳能电池板组件构成  14

2.4 蓄电池  15

2.4.1铅酸蓄电池的结构  15

2.5太阳能控制器  17

2.5.1控制器的基本工作原理  17

2.5.2蓄电池充电  18

2.5.3蓄电池给LED供电  18

第三章 新余市LED太阳能路灯系统的设计  19

3.1 灯杆的高度以及挑臂长度的确定  19

3.1.1路面宽度及有效宽度  19

3.1.2 路灯间距  20

3.1.3 安装高度的确定  20

3.2 LED功率的确定  20

3.2.1、“利用系数”U  20

3.2.2维护系数  21

3.2.3 路面平均照度要求  21

3.2.4 新余某道路的led路灯功率的计算  22

3.3最佳倾角和方位角的设计  23

3.4LED路灯系统蓄电池数量的设计  23

第四章 LED太能能路灯系统设备选型  25

4.1灯具的选择  25

4.1.1 led灯具的选择  25

4.1.2 优倍照明LED路灯灯参数：

  25

4.2灯杆的选择  26

4.2.1选择灯杆遵循的基本的原则  26

4.2.2 灯杆选择应考虑的内容  27

4.2.3灯杆的相关参数  27

4.3太阳能电池组件的选择  27

4.3.1太阳能电池板的选择  27

4.3.2 太阳电池组件的基本要求  28

4.3.3单晶硅太阳能电池组件技术参数  28

4.4 蓄电池的选型  29

4.4.1 购买免维护铅酸蓄电池注意事项  30

4.4.2 阀控式密封免维护铅酸蓄电池技术参数  30

4.5 控制器的选型  31

4.5.1太阳能路灯控制器的选择应该注意  31

4.5.2控制器的相关参数  32

第五章 led路灯系统的预算及分析  32

5.1 LED路灯（单个）系统总费用的估算  32

5.2 LED路灯与传统路灯综合成本对比表  33

LED路灯与传统路灯技术参数对比表  33

5.3新余市太阳能LED路灯的性价比分析  34

参考文献  36

心得体会  37

前言

自“六五”计划以来的20多年。

太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。

这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。

这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。

丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。

太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。

太阳能LED路灯本身的特性——光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率；有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的；光源效率目前已达100lm/W，而且还有很大的发展空间，理论值达250lm/W。

而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加，因此，总体光效LED路灯比高压钠灯强；太阳能LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多，高压钠灯显色指数只有23左右，而LED路灯显色指数达到75以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低30%以上，（参照英国道理照明标准）；

太阳能LED路灯的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右已经下降30%以上，因此，LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；有自动控制节能装置,能实现在满足不同时段照明要求情况下最大可能的降低功率，节省电能； 是低压器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，系列产品单颗LED功率都为1瓦，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所（例如：

路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等）； 

所以，作为21世纪最有潜力的能源，太阳能产业的发展潜力巨大。

太阳能产业是新兴的朝阳行业，再加上良好的政策环境、行业本身的特性，使得太阳能电池产业具有较高的投资价值和发展潜力。

目前，太阳能电池及其相关产业成长性好，是非常好的投资机会，但要注意控制客观存在的经营风险，竞争风险等以取得良好的投资收益。

系统的基本工作原理：

在太阳能控制器的控制下，白天太阳能电池板经过两路升压电路（12V到42V）向蓄电池组充电，晚上蓄电池组提供电力给LED灯负载。

在控制模块中，实现了对升压电路、蓄电池电压、温度、LED灯组温度、电池板电压的实时控制，并通过模拟开关采集数据反馈到PIC实现对路灯系统的智能化控制。

而Zigbee模块为路灯系统的组网提供了可靠的技术保障。

本文对LED太阳能路灯系统的设计首先了解了新余地区的地理及基本气象，在考虑到新余地区的地理及气象对LED灯的功率做了70W的选择，考虑到阴雨天气的长度对铅酸蓄电池做了200AH（由2个100AH的铅酸蓄电池并联）的选择。

对太阳能电池组件做了165W（由3块55W的电池板并联）的选择，为了让太阳能电池的利用率最优化对电池板的角度做了40度的要求。

最后从经济方面和环保方面对LED太阳能路灯系统和高压钠灯路灯系统做了一个比较，发现LED太阳能路灯系统比高压钠灯路灯系统更有利。

图1新余市太阳能LED路灯的效果图

第一章 绪论

1.1 新余市地理情况及基本气象

新余位于江西中部，地处南昌、长沙两座省会城市之间；

位于27°33’～28°05’，东经114°29’～115°24’,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。

表1.1新余市20年平均气象资料如下表所示：

水平日辐射量（ht）

斜面日辐射量（ht）

年平均气温（0C）

相对湿度（%）

日照时数（h）

降雨（mm）

连续阴雨天数（d）

13094

13714

1707

80

165504

1594.8

6

表1.2纬度及辐射量等情况如下表所示：

城市

纬度

日辐射量（Ht）

斜面日辐射量

修正值kop

南昌

28．67°

13094

13714

0.9640

1.2 LED太阳能路灯系统的组成及功能

新余市太阳能路灯系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、太阳能控制器、蓄电池组（包括蓄电池保温箱）和灯杆有的还要配置逆变器等几部分构成。

太阳能电池组件一般选用单晶硅或者多晶硅太阳能电池组件；LED灯头一般选用大功率LED光源；控制器一般放置在灯杆内，具有光控、时控制、过充过放保护及反接保护，更高级的控制器更具备四季调整亮灯时间功能、半功率功能、智能充放电功能等；蓄电池一般放置于地下或则会有专门的蓄电池保温箱，可采用阀控式铅酸蓄电池、胶体蓄电池、铁铝蓄电池或者锂电池等。

太阳能灯具全自动工作，不需要挖沟布线，但灯杆需要装置在预埋件（混凝土底座）上。

1.3 太阳能路灯照明系统工作原理介绍

系统工作原理如图3.1所示，利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板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，夜晚当照度逐渐降低至10lux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10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。

图1.1太阳能led路灯系统原理图

1.4设计思路及其设计原则

设计思路：

太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。

首先是根据用电负载（LED光源）的用电量，确定太阳能组件的功率，然后确定蓄电池的容量，再进行电气设计、光源设计和设备选型，最后进行系统的结构设计，设计中要确保太阳能LED路灯运行的稳定性和可靠性。

设计的原则：

对于照明系统设计一般我们需要考虑以下几个问题：

（1）从功能上,道路照明系统的主要功能是保证交通安全，提高交通运输效率、保障人身安全