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太阳能光电工程学院汇编

太阳能光电工程学院

《太阳能光伏发电技术》

课程设计报告书

题目：

小区照明用太阳能路灯的设计

姓名：

xxx

专业：

光伏材料加工与应用技术

班级：

光伏材料加工与应用技术

准考证号：

设计成绩：

指导教师：

摘要

本文主要阐述小区照明用太阳能路灯的工作原理、系统结构及安装。

随着经济的发展，社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。

由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。

国家自中央部委到各省政府部门已经十分重视建筑节能、环保，并出台了一系列相关的政策。

目前，房地产开发处于空前的高峰时期，增加建筑楼盘的科技含量是建筑业管理部门和科技工作者值得关注的问题。

建设智能型、节能型住宅小区已被各地方政府所推荐，也越来越受到开发商的青睐。

照明关系到国计民生，照明用光源也几经变革。

建筑楼盘的公用照明部分很少有人关注，但这部分又和千家万户息息相关，如住宅单元楼道“灯难亮”就是一个突出的问题。

由于这些公用灯电费难以分摊，以及难以杜绝个别人的偷电行为，最终只能是断电了事；收电费难、灯维修不及时的问题始终无法得到真正解决，直接导致物管公司和业主关系紧张。

其中，在节能型小区的建设中，应用最为广泛的是太阳能发电系列项目。

目前太阳能照明应用技术已取得较大突破，并且已较成熟地应用于建筑楼道照明、城市亮化照明等系统。

本设计以南昌某小区照明要求为例，结合当地日照资源数据，根据小照明要求，详细的计算出小区照明所需要的材料及其方案计算过程。

小区照明太阳能灯系统具有免维护、清洁、智能的特点。

适合小区照明使用。

关键词光伏照明原理特点组建蓄电池安装

目录

绪言…………………………………………………………………………………………4

1太阳能光伏发电技术……………………………………………………………………5

1.1光生伏特效应…………………………………………………………………….5

1.2光伏发电………………………………………………………………………….5

2太阳能光伏照明………………………………………………………………………….6

2.1太阳能路灯概述…………………………………………………………………..6

2.2太阳能路灯工作原理……………………………………………………………..6

2.3太阳能路灯设计原则…………………………………………………………….6

3太阳能光伏照明系统特点…………………………………………………………...…..7

3.1清洁、环保……………………………………………………………………….7

3.2长寿命…………………………………………………………………………….7

3.3高效率…………………………………………………………………………….7

3.4便捷管理………………………………………………………………………….7

3.5安全可靠………………………………………………………………………….7

4.太阳能光伏照明系统的组成部分……………………………………………………...8

4.1太阳能电池板……………………………………………………………………..8

4.2太阳能控制器…………………………………………………………………….8

4.2.1控制器在照明系统中的应用………………………………………………8

4.3蓄电池…………………………………………………………………………….8

4.3.1蓄电池分类………………………………………………………………….9

4.4光源……………………………………………………………………………….9

4.5灯杆及灯具外壳………………………………………………………………….9

5.太阳能路灯安装规范………………………………………………………………….10

5.1地基浇筑………………………………………………………………………...10

5.2太阳能电池组件安装…………………………………………………………...10

5.3蓄电池安装………………………………………………………………...……10

5.4灯具安装……………………………………………………………………..….10

5.5注意事项………………………………………………………………………...11

6.工程主要材料………………………………………………………………………….12

参考文献………………………………………………………………………………..…12

绪言

光伏产业是兴起于世纪之交的各种可再生能源产业中最受瞩目的明星。

迄今为止，人类所取得的文明和成就均建立在大规模利用化石能源的基础上。

然而，化石能源的储量有限，最终被开采殆尽；同时，在现有的技术条件下，使用化石能源不可避免的带来污染的排放，特别是温室气体的排放，直接威胁到地球这个人类现在唯一的生存空间。

因此，大力发展可再生能源，实现人与自然的可持续发展已经成为人类关注的焦点。

太阳能照明是未来照明的方向，其最大特点为：

环保、节能、发光效率高，因此使它将逐步取代传统光源。

更值得一提的是，LED发光效率是以每十年提高十倍的速度来提高，成本也将逐年下降。

据权威预测，2010年，在日本，LED将全面取代传统光源；在美国，将有一半的传统光源被取代；而在我国，LED将占装饰照明市场的15%。

着眼于未来，半导体技术将孕育着一场“照明革命”。

太阳能照明系统主要由太阳能电池组件、蓄电池、电源控制器、发光组件组成。

白天利用太阳能电池板对蓄电池充电，晚上蓄电池释放能量点亮LED灯，蓄电池电量满足连续3天阴雨天数需要。

太阳能照明应用于小区，具有施工简单，安装方便等优点，配合小区环境，还能起到美化小区的作用，增加小区人文气息。

1.太阳能光伏发电技术

1.1光生伏特效应

光生伏特效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。

严格来讲，包括两种类型：

一类是发生在均匀半导体材料内部；一类是发生在半导体的界面。

虽然它们之间有一定相似的地方，但产生这两个效应的具体机制是不相同的。

通常称前一类为丹倍效应，而把光生伏特效应的涵义只局限于后一类情形。

当两种不同材料所形成的结受到光辐照时，结上产生电动势。

它的过程先是材料吸收光子的能量，产生数量相等的正、负电荷，随后这些电荷分别迁移到结的前侧，形成偶电层。

光生伏特效应虽然不是瞬时产生的，但其响应时间是相当短的。

1.2光伏发电

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光直接转化为电能不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。

2.太阳能光伏照明

2.1太阳能路灯概述

太阳能路灯以太阳光为源，白天充电晚上使用，无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，无需人工操作，工作稳定可靠，节省电费免维修。

2.2太阳能路灯工作原理

太阳能光伏发电系统是利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池将太阳能直接转换成电能，也叫做太阳能电池发电系统。

利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池，白天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，夜晚当光照度逐渐降低至10ux左右，太阳能电池板的开路电压为4.5V左右，充放电控制器侦查到这一电压值后蓄电池对灯头放电。

蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器反应，蓄电池放电结束。

充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。

2.3太阳能路灯设计原则

太阳能组件发电路灯系统设计的总原则是保证满足负载供电需要的前提下，确定使用最少的太阳电池组件功率和蓄电池组建容量，以尽量减少初始投资。

对系统设计者来说，在光伏发电系统设计过程中作出的每一个决定都会影响造价。

由于不合适的选择，使系统的投资成本地增加，而且也不能满足用户要求。

在设计的计算过程中，需要的基本数据有：

现场的地理位置，包括地点，纬度，经度和海拔高度等；安装地点的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量及散辐射量，年平均气温和最高，最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。

气象资料一般无法做出长期预测，只能以过去10年到20年的平均值作为依据。

3.太阳能光伏照明系统特点

3.1清洁、环保

以太阳光作为能源，对环境无任何污染

3.2长寿命

太阳能电池组件有长达二十年的使用寿命，20年后仍能使用，但转换小路会有所下降。

3.3高效率

太阳能电池最大跟踪技术，通过电流电压的最佳搭配，最大限度得到有效功率。

3.4便捷管理

整个系统微电脑控制全自动运行，无人值守。

3.5安全可靠

太阳能照明系统的充电、放电过程皆在低压（12V、24V）状态下进行，对人体没有伤害。

4.太阳能光伏照明系统的组成部分

太阳能路灯由以下几个部分组成：

太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳。

4.1太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，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。

在太阳光充足日照好的东西部地区，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，价格比单晶低。

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。

4.2太阳能控制器

无论太阳能灯具大小，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，防止蓄电池过充电及深度充电。

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功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。

4.2.1控制器在照明系统中的功能及应用

定时开关。

当傍晚太阳能电池板没有充电电流超过5分钟时，控制器自动将路灯开启，开启后系统自动计时，达到设定时间时自动关闭。

运行状态指示。

通过指示灯、显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息。

检测整套系统各种装置和各单元的状态和参数，对系统进行判断、控制和保护等提供依据。

小区照明用太阳能灯的设计对蓄电池进行最优的充电控制。

控制器根据当天的太阳能资源状况和蓄电池的状态，确定最佳的充电方式，以实现高效快速的充电，并充分充电方式对蓄电池的影响。

对蓄电池进行放电管理。

防止深放电，影响蓄电池使用寿。

故障诊断定位。

当光伏系统发生故障时，各指示灯可显示故障类型、故障位置，为系统维护提供方便。

4.3蓄电池

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。

可用一种简单方法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倍以上为宜。

4.3.1蓄电池分类

4.3.1.1铅酸蓄电池

铅酸蓄电池的正极活性物质是二氧化铅,负极活性物质是海绵铅,电解液是稀硫酸溶液,其放电化学反应为二氧化铅、海绵铅与电解液反应生成硫酸铅和水。

其充电反应为硫酸铅和水转化为二氧化铅、海绵铅与稀硫酸。

铅酸蓄电池免维护主要通过抑制充电过程中气体的产生或通过电池内的特殊材料将气体吸收转化成水。

铅酸蓄电池的单格额定电压为2V，一般串联成12V、24V使用。

4.3.1.2胶体蓄电池

胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，最简单的做法，是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变为胶态。

电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。

胶体电池与常规铅酸电池的比较其最重要的区别就胶体电池比传统的铅酸电池放电曲线平直，寿命一般也比常规铅酸电池长一倍左右，耐高温及低温特性要比铅酸电池好得多。

4.4光源

太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、DLED光源。

（1）低压节能灯：

功率小，光效较高，但使用寿命2000小时，电压低灯管发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。

（2）低压钠灯：

低压钠灯光效高（可达200Lm/w），但需逆变器压钠灯价格贵，整个系统造高，采用较少。

（3）无极灯：

功率小，光效较高。

该灯在220V（纯正弦波，频率50赫兹）普通市电条件下使用，寿命可以达到5万小时，在太阳能灯具上使用寿命大大减少和普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、项位、电压都是不能和普通市电相比的）。

（4）LED：

LED灯作为光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50Lm/w，进口80Lm/w。

随着技术进步，LED的性能将进一步提高。

笔者认为LED太阳能路灯的光源将是一种趋势。

4.5灯杆贺灯具外壳

灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。

灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。

5.太阳能路灯安装规范

5.1地基浇筑

1.确定立灯位置：

勘察地质情况，如果地表1平方米都是松软土质，妈么开挖深度应加深；同时要确认开挖位置以下没有其它设施（如电缆、管道等），路灯顶部没有长时间遮阳物体，否则要适当更换位置。

2.在立灯具的位置预留符合标准的1立方米坑，进行预埋件定位浇注。

预埋件放置在方坑正中，PVC穿线管一端放在预埋件正中间、另一端在蓄电池储存处。

注意保持预埋件、地基与原地面在同一水平面上，有一边要与道路平行；这样方可保证灯杆竖立后端正而不偏斜。

然后以C20混泥土浇筑固定，浇筑过程中要不停用震动棒震动，保证整体的密实性，牢固性。

3.施工完毕，及时清理定位板上残留泥渣，并以废油清洗螺栓上杂质。

4.混泥土凝固过程中，要定时浇水养护；待混泥土完全凝固（一般72小时以上），才能进行吊灯安装。

5.2太阳能电池组件安装

1.电池组件的输出正负极在连接到控制器前需采取措施避免短接；2.太阳能电池组件与支架连接时要牢固可靠；3.组件的输出线应该避免裸露，并用扎带扎牢；4.电池组件的朝向要朝正南，以指南针指向为准。

5.3蓄电池安装

1．蓄电池置于控制箱内时须轻拿轻放，防止砸坏控制箱；

2.蓄电池之间的连接线必须用螺栓压在蓄电池的接线柱上并使用铜垫片以增强导电性；3.输出先连接在蓄电池后在任何情况下禁止短接，避免损坏蓄电池；4.蓄电池的输出线与电线杆内的控制器相连时必须通过PVC穿线管；5.上述完成后，检查控制器端的接线，防止短路。

正常后关好控制器的门。

5.4灯具安装

1.进行各部位组件固定：

太阳板固定在太阳板支架上，灯头固定到挑臂上，然后将支架与挑臂固定到主杆，并将连接线穿引到控制箱（电池箱）。

2.灯杆起吊之前，先检查各部位紧固件是否牢固，灯头安装是否端正，光源工作是否正常。

然后在简易调试系统工作是否正常；松开控制器上太阳板连接线，光源工作；接上太阳板连接线，灯熄；同时仔细观察控制器上各指示灯的变化；一切属于正常，方可起吊安装。

3.主灯杆起吊时，注意安全防范；螺丝绝对紧固好，如组件朝阳角度有所偏差，需要上去端调整其朝阳方向完全朝正南。

4.将蓄电池放进电池箱，按照技术要求将连接线连接到控制器；先接蓄电池，再接负载，然后接太阳板；接线操作时一定要注意各路接线与控制器上标明的接线端子不能接错，正负两极性不能碰撞，不能接反；否则控制器将被损坏。

5.调试系统工作是否正常；松开控制器上太阳板连接线，灯亮；接上太阳板连接线，灯熄；同时仔细观察控制器上各指示灯的变化；一切属于正常，方可封好控制箱。

5.5注意事项

1.太阳能路灯以太阳能辐射为能源，照射在光电池组件上的阳光是否充裕直接影响灯具的照明效果，因此在选择灯具的安装位置时，电池组件在任何时间段都能够照射到阳光，且无树叶等遮挡物。

2穿线时一定要注意导线勿夹在灯杆的连接处。

导线的连接处应该连接牢固，且用PVC胶带缠绕。

3.使用时，为保证美观和电池组件能更好的接收太阳辐射，每半年清洗一次电池组件上的灰尘，但切勿用水自下而上的冲洗。

6.工程主要材料设备一览表

参考文献

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