太阳能路灯外观设计.docx

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太阳能路灯外观设计

毕业设计

题目:

太阳能路灯外观设计

院（系）:

能源工程系

专业年级:

光伏发电技术及应用专业14级大专班

姓名:

张泽东

学号:

44

指导教师:

付江鹏

2016年06月26日

摘要

在世界能源短缺、环境污染日益严重的今天，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,节能成为了社会生活的主题。

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路灯逐渐走入人们的视野。

与传统的照明工具相比，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、寿命以及环保等方面有不可比拟的优越性，再加上太阳能灯具的节能性和安装简便，所以凡有工频交流电灯具的地方，LED灯具的触角就会到达，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，太阳能LED路灯必将成为本世纪极具竞争力的新型绿色环保光源而掀起一次照明领域新的革命。

太阳能LED道路照明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。

本文根据外观设计相关原则以及美观性，制定出六套路灯外观设计方案，并选中其中较为合适的一套。

关键词：

太阳能；外观设计；美观；

1绪论

论文的选题背景和研究意义

随着社会发展的步伐日益加快．人们对新型能源地开发利用程度不断加大，太阳能作为一种新型能源，越来越受到人们的重视，合理有效的利用好太阳能。

已逐步成为节能环保的一种趋势。

西藏太阳能资源居中国首位。

也是世界上最丰富的地区之一，全年平均日照时数在3000小时左右。

因此为了更环保、更加节能，合理有效地利用太阳能，我们设计出一款多功能太阳能路灯。

现在国内的照明路灯大多都是外形相似，造型枯燥，功能简单。

路灯其实就是我们生活景观的其中一部分，它除了照明作用外，还可以帮助我们解决生活中遇到的一些问题，例如报警功能，路标作用等等。

我的选题就是在外形上做改良设计和照明方式上进行改良，改变往常我们生活中照明路灯的外形和照明，可以添加报警、时钟功能等。

帮助人们在遇到困难的时候得到帮助，并可以再较短的时间内确定地点。

灯光随着问题的变化改变冷暖，给人们温馨的感觉。

美观、使用的路灯可以美化我们的城市、公园、学校、庭院环境，设计出实用强的路灯产品，让产品更好服务为民的生活。

国内外研究现状

现在国内外生产使用的路灯都大同小异，都普遍使用铝合金和低碳钢，LED照明技术。

1、灯杆材质选用上海宝钢产优质低碳钢Q235A型,钢材的硅含量不高于%,经大型折弯机一次折弯成型,直线度误差不超过%,灯杆的抗风能力按米/秒11级以上设计,抗地震烈度为8级.

灯杆焊接方式为自动埋弧焊接,焊接可靠,表面光滑,无明显的气孔、焊瘤、咬边等焊接缺陷,超声波探伤检验,达焊接GBl1345Ⅱ级标准要求.

2、钢杆防腐处理采用内外热镀锌,镀锌工艺过程经过酸洗、热镀锌、水洗、磷化、钝化等过程,镀锌层表面光滑美观

3、透光罩采用曲面高强度钢化玻璃,耐高温200℃以上,透光率高,耐冲击

4、反射器、钢化玻璃罩以及灯座用密封胶粘成一体,组成内换泡结构,具有良好的密封性能,密封圈耐高温250℃以上,密封程度达IP66.

5、灯体、灯盖采用铝合金压铸,表面经静电喷塑处理,结构轻巧耐腐蚀.灯具外壳防腐蚀性能Ⅱ级;2、反射器采用高纯铝压制成型,经阳极氧化电化学抛光处理,具有光学性能稳定,反射率高的特点.

太阳能路灯的优势

1）市电照明路灯安装复杂：

市电照明路灯工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。

然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。

而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。

太阳能路灯安装简便：

太阳能路灯安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

2）市电照明路灯电费高昂：

市电照明路灯工作中需要支付固定高昂的电费，并且需要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。

太阳能路灯具免电费：

太阳能路灯是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。

3）市电照明路灯存在安全隐患：

市电照明路灯在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面都会带来诸多安全隐患。

太阳能路灯没有安全隐患：

太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。

太阳能路灯的其它优势：

绿色环保。

4）综上对比所述，太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。

我国太阳能的资源状况

在飞速发展的中国，能源短缺问题和环境污染问题已经是十分突出的问题，节约能源能和环保是实现中国社会经济可持续发展战略所急需解决的问题的重中之重。

目前，照明所消耗得电力约占整个电力消耗的20%左右，减少照明用电消耗是当今节约不可再生能源的重要途径。

中国作为有限能源消耗的大国，必须要尽快寻求可以代替传统光源的新一代节能环保型的光源。

为了实现这一目标，科学界人士已研究开发出许多种节能照明器具，也取得了一定的成效。

但是，距离“绿色照明”的要求还有很长的一段距离，开发和应用的更高效性、可靠性、安全性以及耐用性的新型光源势在必行。

当今，太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受到人们重视。

太阳能是一种非常大量的可再生资源，也可说是“取之不尽，用之不竭”的。

世界能源危机的日益加剧，各国都在努力寻求解决当今社会能源危机的办法，一条道路是寻找新型能源和提高可再生能源的利用效率；另一条是寻求新的节能技术，减少不可再生能源的过度消耗，大大提升能源的利用效率。

而太阳能的有效开发和有效的利用就是其中一条道路。

我国各地区太阳能资源情况如下：

图1-1我国太阳能资源

随着太阳能光伏发电技术的发展和进步，利用太阳能的光伏发电技术而可直接使用的灯具产品在环保节能的优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的光伏发电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。

太阳能路灯与普通路灯的比较

随着地球不可再生资源的日益缺乏，基础能源的投资成本逐渐增高，各种安全问题和污染隐患问题可谓是随处可见。

太阳能能源作为一种"取之不尽，用之不竭"的安全型、环保型新能源越来越受到人们的重视。

太阳能照明系列的产品跟随着太阳能热水器的普及之后而被众人所接受熟知以及使用，在这里就太阳能路灯和使用普通路灯的效果作实用优势对比。

（1）优势对比一

普通照明路灯的安装比较复杂：

在普通的照明路灯工程中有相对复杂的作业程序，首先要安装的路段铺设电缆，电缆沟的开挖、暗管的铺设、管内的穿线以及回填等大量的基础工程。

然后再长时间的安装灯架调试电路，如果任何一条线路有问题，就需要大面积的返工。

并且地势和线路要求比较复杂、人工和辅助材料的成本高昂。

太阳能路灯的安装相对简便：

在太阳能路灯安装时，没有复杂的线路需要铺设，只需要做一个水泥基座，再用不锈钢的螺丝固定就安装成功。

（2）优势对比二

普通的照明路灯是有一定的安全隐患：

普通路灯在安装的过程中施工的质量、景观工程的改造、材料的老化、供电不正常以及水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。

太阳能路灯没有安全隐患：

太阳能路灯是低压产品，运行安全可靠。

太阳能路灯的其它优势：

是绿色环保的新能源，能为新型的生态小区开发和推广增加新的卖点；同时可以持续减少物业管理成本，减少业主公共分摊部分物业的费用。

（3）优势对比三

普通照明路灯电费高昂：

普通照明路灯在工作中有高昂的电费，要长期的不间断的对线路和其它的配置进行维护或更换，维护的成本逐年递增。

太阳能路灯则免电费：

太阳能路灯是一次性投入，没有任何维护成本，三年就可收回投资的成本，可以长期受益。

综上对比所述，太阳能路灯安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性，将为楼盘的销售、市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。

太阳能照明是发展的趋势

太阳能照明的本质上是一个光电转换的系统，专业领域称其为“硅晶片地面光伏组件”。

它的工作原理是通过硅晶片接收太阳光线后转变为电能，再储存在蓄电池中，然后由光感开关进行控制，当天黑时就能够自动点亮，天亮时又可以自动熄灭。

太阳能照明灯是光电转换技术的一种新型应用产品，凭借它的节能、环保、无需布线、自动控制以及可以随时变换的位置等优点，在照明行业中树立起神圣的地位。

因为硅晶片的价格相对来说比较昂贵，最初的太阳能仅是应用在航天事业上。

在太阳能技术上有所突破后，被美国、日本、德国等发达得国家率先尝试运用在高科技领域上。

随着太阳能光伏发电技术的发展和进步，在民用的方面首先是应用在灯具的照明上。

近几年来，太阳能灯具的产品由于环保和节能的双重优势，太阳能的庭院灯、草坪灯和装饰灯等照明灯的应用逐渐形成规模。

大量的试验表明，普通灯具和太阳能灯具对比分析后得出：

在满足同样的照明要求条件下，两种不同方式的供电，普通灯具的成本比太阳能灯具的成本要低的多；然而如果将整个工程的施工费用计入整个工程，则两种灯具在初期投资时造价相当。

工程量越大，普通灯具的工程施工费用越高，其初始投入大于太阳能灯具。

使用的时间越长，越能显出太阳能灯具的实惠。

如果把人力、物力计算在内，普通灯具的辅助费用与维护费用都将比预算的高。

在后续的使用费用上（电费、维护费用等），太阳能灯具的优势更明显。

“如果在全国推广使用3亿只太阳能灯，其节能效果相当于新建一个三峡工程。

太阳能的众多优点已被越来越多的人所接受。

作为太阳能应用的系列产品之一的太阳能灯，其一直是各方研究和关注的焦点对象。

在已有技术基础上，技术人员与厂商集思广益，在许多地方取得了突破性的进展，为太阳能灯最终走向千家万户打下了非常坚实的基础

2太阳能路灯调查

太阳能路灯的概念

太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品。

太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明。

1.太阳能路灯功能

是以太阳能作为电能供给,用来提供夜间道路照明,采用高光效照明光源设计,具有亮度高、安装简便、工作稳定可靠,不消耗常规能源,使用寿命长等优点,属于当今社会大力提倡利用的绿色能源产品。

2.太阳能路灯的特点及优点

（1）特点：

太阳能路灯采用高效单晶（多晶）硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能，用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费,采用直流供电,光敏控制，安全可靠、节能、经济、环保、实用、寿命长（太阳能电池可用15—20年,蓄电池可用5—7年）。

以太阳能光伏电池提供电能，环保、无污染、无噪音、无辐射。

使用安全，绝无触电、火灾等意外事故，方便安装简洁，只需要有一个基座固定，所有的线路和控制部分均放置在灯架之中。

寿命长，智能化设计，质量可靠，,绿色能源，而且投资少。

一次性投资与交流电等价,并且长期受用，适用范围广，来源容易，太阳能源于自然,特别适合于绿地景观灯光配备,小区照明，工业开发区，各大院校室外灯光照明。

其运行维护成本低廉，除了阴雨天转换成市电供电会产生小部分电费成本外，运行成本几乎为零,整个系统运行均为自动控制，无需人为干预，几乎不产生维护成本见，见图2-1。

图2-1太阳能路灯

太阳能路灯系统具有自动控制的特点，设定好该系统的工作模式以后，太阳能路灯就会自动工作。

太阳能路灯的主要优点如下：

（1）安装简便：

不用铺设专门、复杂、昂贵的电气线路，每一个路灯都是一个独立系统，只要用不锈钢螺丝固定在水泥基座上即可。

（2）无需电费，长期使用成本低：

太阳能路灯安装调试好后除蓄电池需要4．5年更换一次之外，不需要其他维护成本和其他支出，基本属于一次性投入，长期使用成本低，长期受益。

（3）无安全隐患：

太阳能路灯是低压产品，不需要考虑很严格的绝缘问题，运行可靠，对人畜绝对安全。

（4）节能环保：

采用太阳能发电，不浪费传统不可再生能源，符合当今社会节能环保的要求。

（5）美观大方：

采用太阳能路灯有利于提升城市形象，树立节能降耗与新能源的城市旗帜。

太阳能路灯的结构

太阳能LED路灯的基本结构由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆等部分构成,见图2-2。

图2-2太阳能ＬＥＤ路灯的结构

1.太阳能板

太阳能电池组是由半导体材料制作而成的，这些材料主要是晶体硅。

目前太阳能电池组有单晶硅电池组、多晶硅电池组、非晶硅薄膜太阳能电池等。

2.光源

在光源的选择上常常还需要考虑到高光效，节能，因为太阳能电池板的光转化率有限，并且在持续的降雨经常会延续的情况下，采用节能光源更是关键所在。

3.蓄电池

蓄电池是太阳能路灯的动力源泉，在选择太阳能路灯的蓄电池的时候，要考虑太阳能电池的寿命、储电能力和蓄电池的大小。

４.灯架的结构

灯架是太阳能路灯设计的重点，因为灯架的结构非常重要，它既要表达灯具造型的风格，同时还要承担着将所有其他零件合理配置于一体的作用。

灯架包括灯房和灯杆两个部分。

（1）灯房：

灯房主要是指封闭光源的外壳，但是除了光源外，灯房的设计要考虑到是否能放下相关的零件的空间，还要考虑到灯房是否够结实，灯房是否达到密封等级，防止外界的破坏等。

（2）灯杆：

设计太阳能路灯杆时候应该考虑到灯杆的材料，室外的太阳能路灯的材料的选择以耐用、美观为主。

由于光源的高度各有不同，要依据使用的目的，分开设计灯具支架。

当照明的目的是为了能够均匀的照亮地面，让行人能够更加安全，全面地识别路面情况的时候，可采用高位置光源还有就是支架重心,太阳能路灯较传统路灯更应该注意重心的设计，由于太阳能板的面积大，有一定的重量，所以在设计支架的整体造型时，不能过于庞大，还要考虑抗风问题，焊接的部位应该结实[9]。

太阳能路灯的分类

太阳能路灯的种类非常的多，外形千变万化，功能更加多种多样，所以分类没有一个统一的标准，人们可以根据实际的需要对灯具进行分类，常见的分类主要有：

1）低位置灯

灯高，主要用于照射植物，营造氛围或狭窄的人行道，起照明引导作用，见图2-3。

图2-3低位置路灯

2）步行和散步路灯

灯柱的高度在4-12m之间，此类灯具造型多样，设计注重细节部分处理，一般设置于道路的一侧，也可自由布置灯具的位置，见图2-4。

图2-4步行灯

3）普通干道和停车场路灯：

灯体高度在4-12ｍ，造型一般比较简洁，光源较强，灯距在20-50ｍ左右，见图2-5。

图2-5停车场路灯

4）高杆路灯：

高杆路灯高度在20-40ｍ之间，照射范围比较宽广，此类路灯一般用于站前广场、大型停车场、露天体育场、大型展览场等，见图2-6。

图2-6高杆路灯

3太阳能路灯方位设计

使用环境定位

街道和公园小区照明使用。

造型定位

由于现代都市的人们，忙于工作很少去野外亲近大自然，感受绿色生活，所以如何才能使都市的人们，在忙碌的同时也能领略到自然的气息，成为本次设计的关键，必须保证其结构满足零件所需的设备空间。

结构设计并且能够抵抗外部环境所带来的损害，基于以上因素，太阳能LED路灯的外观设计上仿生设计，由植物的叶片形状展开联想设计，因为植物通过叶片的光合作用产生能量维持整个生命周期，太阳能LED路灯也是通过吸收光能储存能量实现整个照明作用，给忙碌的人们带来新意和情趣。

使路灯也能成为人们眼中的一道风景线。

人机工程学分析

1.灯高

（1）灯具安装高度，同一街道灯具安装高度必须一致,即发光中心到地面高度。

（2）特殊灯型根据设计要求安装，灯的高度在致相当于需要被照明马路的宽度。

只在一侧照明时H≌L;在两侧照明时H≌L/2其中，H：

灯具安装高度（米）,L：

宽（米）。

2.灯具仰角

（1）灯具仰角街道宽度及灯具的配光曲线来决定，每条街道的仰角应一致。

（2）灯头可调时，应使光源中心线落在路宽的L/3-1/2范围内。

（3）对长臂灯（或支臂灯）灯身在安装后，灯头侧应比电杆侧仰起1毫米。

（4）特殊灯具应根据配光曲线来决定灯具仰角。

3.路灯灯具部分

（1）灯具应牢固端正，谢绝有松动，歪斜现象。

（2）灯罩应完整无损，没有破碎。

（3）搪瓷灯伞锈蚀，变形者应更换。

（4）灯具反光镜面失效，应更换。

4.灯杆

依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。

若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。

所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。

所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。

５.ＬＥＤ灯矩阵大小

根据所需照明时间LED路灯每天的工作时间应同一般路灯的工作要求,设计应考虑冬天日照时间短时,其工作时间应能在12小时之上。

由于LED灯受天气影响较大,如遇连续阴雨天就使LED灯缺乏电能而无法使用。

在设计时应充分考虑太阳能电池板及蓄电池的容量。

６.防雷接地

LED路灯的工作电压一般为12V或24V,属安全电压,不做电气保护接地。

但LED路灯金属灯杆应做防雷接地,接地电阻不大于10Ω。

７.蓄电池的选择

根据容量计算：

蓄电池容量=光源用电功率×每天所用时间/用电电压×连续阴雨天×1·5（损耗系数）。

８.电池板的功率计算

Wp=灯具负载功率×灯具所用时间/当地日照系数×.

4产品设计的实现

设计草图

1．方案一

根据君子兰的叶片展开联想，君子兰的花语是高贵、典雅、有君子之风。

灯柱为中空设计减少风的力度，保证灯柱的抗风性能，电池板与灯具一体化设计。

外观给人自然绿色的感受，让人们走在道路的两旁也能感受到自然的气息，结构简洁，外形明确流畅，见图4-1。

图4-1方案一

2．方案二

同样采用仿生设计，由马蒂莲的花叶展开联想并将其抽象设计，其花朵为白色，花茎为绿色，其代表纯洁和有爱，给人以安静的抚慰。

将叶片做成中空形态，中间是灯柱芯，使其整体轻松简洁，在夜晚给行走在路上的人们一种安逸，轻松的，见图4-2。

图4-2方案二

3．方案三

由银杏叶片的形状展开联想设计，银杏叶不但是一种药材，它代表了坚毅和沉着，而且它的形状就像是一把优雅的小扇子，带给人们健康的同时也带来的视觉享受。

设计成双臂路灯，太阳能板分别安在灯罩的上部，进行整体化设计，减少材料和结构设计，见图4-3。

图4-3方案三

4．方案四

由植物的复叶联想设计，成串的叶片在风中飘动，错落有致，让人回味无求。

倾斜的角度设计，是为了倾角能更好的吸收太阳能储存能量，整体设计进行一体化设计，节约了成本，见图4-4。

图4-4方案四

5．方案五

根据植物的幼芽形态进行展开设计，给人以希望和对真实自然的感悟，在产品外观上将电池板与灯罩进行整体化设计，给人自然的亲近感，并LED灯泡做成矩阵，见图4-5。

图4-5方案五

6．方案六

根据蕨类植物的叶片形态展开联想，它代表了信任和依赖，在设计中，路灯的整体曲线流畅，双臂设计将电池板与灯罩进行整体化设计，使人感到自然的气息，并且与周围的景观融为一体，见图4-6。

图4-6方案六

选定方案

经过对六张草图从产品的功能作用和经济价值等各方面进行全方面的对比和分析，选定方案一，因为此方案的设计外观形态采用仿生设计，整体结构简洁大方，电池板与灯具结合在一起，同时将控制箱隐藏在灯体内部，保证使用作用的同时使得整个设计也更加简洁流畅。

此外由植物的叶片形状展开联想设计，由植物通过叶片的光合作用产生能量维持整个生命周期，太阳能LED路灯也是通过吸收光能储存能量实现整个照明作用。

通过这些启发，可以将这个特征也太阳能LED路灯设计融为一体外形给人自然绿色的感受，让人们走在道路的两旁也能感受到自然的清新，给繁忙的都市带来绿色的气息，使人们也更加愿意接受它。

结论

太阳能路灯已经开始被应用到我们的生活，但我国的太阳能路灯的设计研究才刚起步。

如今的路灯已经不仅仅是提供照明光源的一种工具，它还承担着营造城市夜晚光环境；保护人民生命财产安全等的重要责任；它对人们的身心健康，生活质量有着直接的影响。

因此，对太阳能路灯的设计研究有着非常重要的现实意义。

本文从路灯的概念入手，对路灯进行系统的了解，因为太阳能路灯虽然是个新兴事物，但仍然属于路灯这一大队伍。

所以，通过概念的分析，我们站在理论的高度对路灯的解释进行把握，接着通过了解路灯的分类、发展历史、结构等，让我们全方位的认识路灯，并用其来指导太阳能路灯的设计定位。

在本次设计任务中，对于自觉控制整个设计流程，掌握设计方向，用客观的态度总结方案，考虑的因素有很多。

主要从几个方面进行总结：

第一、太阳能路灯相关概念及优点总结。

第二、制定相关分析设计方案。

第三、初步设计出太阳能路灯外观样式，分为六个设计方案，并最终选择一个较为合适的方案。

致谢

本设计（论文）的工作是在付江鹏老师的悉心指导下完成的，付江鹏老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。

在此衷心感谢付江鹏老师对我的关心和指导。

在实验室工作及撰写毕业设计期间，段五玉等同学对我设计工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。

参考文献

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[2]何朝阳，戴君，吴立琴.太阳能路灯控制器的设计.电子技术，版次：

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[3]杨希，等．匹配设计LED太阳能路灯系统［J］．现代电子技术，版次：

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化学工业出版社版次：

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[5]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京：

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[6]赵争鸣刘建政.太阳能光伏发电及其应用[M].北京：

化学工业出版社版次：

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[8]谭浩强.C语言程序设计.北京：

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[9]实用电子制作网：

http：

//

[10]电子发烧友：