太阳能路灯的设计Word下载.docx

1、核电在正常情形下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果一样是恐怖的。比如：前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一阻碍并未终止。这些都迫令人们去寻觅新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰硕可不能枯竭；二是平安、干净，可不能要挟人类和破坏环境。目前找到符合这两个条件的能源确实是太阳能。太阳光照射在地球上的太阳能超级庞大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全世界人类一年能量的消费。能够说，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。因此太阳能发电被誉为是理想的能源。此刻，人们愈来愈熟悉到太阳能的重要价值。专门是在当前世界各国

2、面临能源日趋紧缺的情形下，人们已把太阳能作为开发利用的现代要紧新能源之一，因此，向太阳那个取之不尽的能源宝库索取能量，实现人类历史上的能源变革，已成为尔后能源开发的要紧趋向。随着科学技术的不断进展，人们对太阳能的利用也日趋普遍和深切。此刻，太阳能的利用已扩展到科学研究、航空航天、国防建设和人们日常生活的方方面面。可是，太阳能的利用尽管有很多方式，可是像超大功率的太阳能发电站、家庭屋顶发电等都不适合中国的国情，唯一最简单而最容易实现的是太阳能。我国的路灯总数超过1亿盏，只要其中的6000万盏改成太阳能路灯，其每一年节省的电量就超过一个三峡水电站的发电量。若是把尔后每一年新增的2000万盏路灯全数

3、改用太阳能路灯，三年下来又是一个三峡水电站。其节能的成效是超级可观的。太阳能路灯以太阳光为能源，本钱低廉，能够再生。白天充电晚上利用，无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，平安节能无污染，无需人工操作工作稳固靠得住，节省电费免保护。 中国太阳能路灯的进展前景太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电阻碍，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充沛就能够够当场安装等特点，因此受到人们的普遍关注，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，又可用于人口散布密度较小，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

4、硕的地域，以解决这些地域人们的家用照明问题。每一年照明电能消耗约占全数电能消耗的12%15%，作为能源消耗的大户，必需尽快寻觅能够替代传统光源的节能环保光源。LED以其较之于传统照明光源所没有的优势，诸如较低的功率需求、较好的驱动特性、较快的响应速度、较高的抗震能力、较长的利用寿命、绿色环保和不断快速提高的发光效率等，成为目前我国尔后照明系统进展的方向。太阳能LED路灯和传统高压钠灯路灯的比较：太阳能LED路灯采纳的是清洁的可再生能源，相较于传统的高压钠灯能够减少二氧化碳排放量。假设2020年的2000万盏路灯全数改用太阳能LED路灯以后，能够减少2580万吨二氧化碳的排放，相当于103亿美元

5、二氧化碳减排本钱。传统的交流电供电路灯的最大问题是要铺设输配电电缆，增加了宝贵的铜资源的消耗。需要挖沟，破坏路面。而且这些路灯电缆仍是非法分子最理想的偷窃目标。而架设太阳能路灯就十分简单， 交流电供电要比太阳能供电效率低15，也确实是说要取得一样的输出功率，采纳交流电就要多输入15的电功率。而且还有功率因素的问题，若是不加补偿，更会引发电网的无功功率增加。太阳能LED路灯的最大优势确实是完全不需要交电费。一盏250瓦的高压钠灯每一年的电费大约在766元左右。2000万盏路灯的电费一项支出确实是亿元人民币。一般高压钠灯的寿命只有30005000小时，而LED的寿命可达3000050000小时，而

6、且随着技术的进步，LED的寿命完全有可能高达10万小时。再加上中国的能源结构十分不合理，中国的能源70以上都是依托煤炭。煤炭加上石油占90以上。而这两种能源再加上天然气都是产生二氧化碳的罪魁罪魁。因其中国的二氧化碳排放量早在2006年已经超过美国成为全世界第一。尽管核能不产生二氧化碳，可是它不是可再生能源，也有枯竭的时候。尽管水力是可再生能源，可是中国的河流大多数夹杂有大量的泥砂，过去已经有黄河三门峡的体会教训，此刻的长江三峡还前途未卜，而且水电可开发的量是有限的。乃至就拿中国蕴藏量最大的煤炭来讲，也是十分有限的。表为中国利用所有能源的散布。表 中国利用能源的散布煤炭 石油 水力 天然气 核能

7、 70 21 5 3 1 由于中国的地理位置，中国拥有超级可观的太阳能源。全国各地的年太阳辐射总量为3340-8400 MJ/m2，中值为5852 MJ/m2。从全国太阳年辐射总量的散布来看，青藏高原和西北地域、华北地域、东北大部和云南、广东、海南等部份低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上，是我国太阳能资源丰硕或较丰硕的地域。由此可见，采纳太阳能LED路灯涉及到我国能不能在短时刻内快速进展太阳能的利用问题。进展太阳能LED路灯以后只要一年时刻就能够够实现800万千瓦的绿色可再生能源，三年下来确实是相当于建造了一个新的绿色三峡水电站。就能够够使咱们的可再生能源增加到4%以上。这是

8、在最短时间间内加速改变我国能源结构的最为有效的短平快而多快好省的做法。因此太阳能路灯在中国必然有广漠的进展前景。2 太阳能路灯系统组成及其工作原理系统由太阳能电池组件部份（包括支架）、LED灯头、操纵箱 （内有操纵器、蓄电池）和灯杆几部份组成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计超级有利；灯头部份以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为必然间距的点阵作为平面发光源。操纵箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；操纵箱内放置免保护铅酸蓄电池和充放电操纵器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其保护很少，故又被称为“免保护电池”，有利于系统保护费用的降低；充放电操

9、纵器在设计上兼顾了功能齐全（具有光控、时控、过充爱惜、过放爱惜和反接爱惜等）与本钱操纵，实现很高的性价比。（图 为太阳能路灯系统结构图）2.1太阳能路灯工作原理系统工作原理，利用光生伏特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，通过充放电操纵器贮存在蓄电池中，夜晚当照度慢慢降低至10lux左右，充放电操纵器侦测到太阳能电池板开路电压，蓄电池对灯头放电。光控开关的工作原理光控开关的要紧元件是光敏电阻器，光敏电阻器又叫光感电阻。用于制造光敏电阻的材料主若是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。光感电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；

10、入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数量，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将慢慢复合，光敏电阻的阻值也就慢慢恢恢复值。光敏电阻式光控开关以光敏电阻为核心元件的带继电器操纵输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及周密亮激发、暗激发等等，下面介绍两种典型电路。图是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工

11、作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的鼓励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的操纵。图是一种周密的暗激发时滞继电器开关电路。当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高，其输出激发VT导通，VT的鼓励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的操纵。由于第一种设计结构简单，因此本设计采纳第一种简单的暗激发继电器开关电路。2.2太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部份，也是太阳能发电系统中价值最高的部份。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质

12、量和本钱将直接决定整个系统的质量和本钱。目前，太阳能电池大体分类有：一、晶体硅电池板：太阳能电池、太阳能电池。二、非晶硅电池板：、。3、化学染料电池板：染料敏化太阳能电池。在太阳光电池中较普遍且较有效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。单晶硅太阳能电池变换效率最高，已达20以上，但价钱也最贵。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充沛的南方地域，采纳单晶硅太阳能电池为宜，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳固，而且效率高。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价钱最廉价，尔后最有希望用于一样发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10。因此，非晶硅太阳能电池在室外阳光

13、不足的情形下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。在太阳光充沛日照好的东西部地域，采纳多晶硅太阳能电池为宜，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价钱比单晶低。本设计将采纳多晶硅太阳能电池。.1 太阳能电池发电原理太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。一、光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一样是由将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个进程是光热转换进程；后一个进程是热电转换进程，与一般的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而本钱很高，而大规模利用在经济上很不合算。二、光电直接转换方式该方式是利用光

14、电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的大体装置确实是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就能够够成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。本设计采纳的是光电直接转换方式。太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理大体相同。P型晶体硅通过搀杂磷可得N型硅，形成PN结。当光线照射太阳能电池表面时，一部份光子被硅材料吸收；光子的能

15、量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在PN结双侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生必然的输出功率。那个进程的实质是：光子能量转换成电能的进程。.2 PN结双侧集聚形成了电位差的缘故太阳能电池发电的原理主若是半导体的光电效应，一样的半导体要紧结构如下：图，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子隔壁的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成能够参照图。图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子隔壁的四个电子。而浅色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，因此就会产生入图所

16、示的深色的空穴，那个空穴因为没有电子而变得很不稳固，容易吸收电子而中和，形成P型半导体。一样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，因此就会有一个电子变得超级活跃，形成N型半导体。如图，浅色的为磷原子核，小的深色的为多余的电子。N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，如此，当P型和N型半导体结合在一路时，就会在接触面形成电势差，这确实是PN结。当P型和N型半导体结合在一路时，在两种半导体的交壤面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子

17、往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。（如图所示） 简单的说确实是太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这确实是光电效应太阳能电池的工作原理。 太阳能操纵器与跟踪器不管太阳能灯具大小，一个性能良好的充电放电操纵器是必不可少的。为了延长蓄电池的利用寿命，必需对它的充电放电条件加以限制，避免蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地址，合格的操纵器还应具有温度补偿功能。同时太阳能操纵器应兼有路灯操纵功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便

18、于阴雨天延长路灯工作时刻。太阳能操纵器的作用是操纵整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电爱惜、过放电爱惜的作用。本设计中还加入了太阳能跟踪操纵器，起作用是让太阳能电池板全天候的跟踪太阳，使电池板以最好的角度面向太阳，最大限度的获取太阳能。.1 太阳能操纵器工作原理电路原理见附录A图所示。该电路由以 U5 为核心组成的蓄电池过充电操纵电路、以U4AU4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关KS1电路、以U1B组成的蓄电池过放电操纵电路、以U1A组成的开灯检测操纵电路、以U2组成的开灯及延时熄灯及二次开灯按时操纵电路，和以操纵三极管Q2驱动继电器组成的输出操纵电路等组成。现别离介绍如

19、下。（1）过充电、过放电检测爱惜部份太阳能电池组件板或阵列由插口CZ1 的脚输入，加至防反充电二极管D2的正极D2的负极接12V蓄电池的正极，即CZ1的脚。操纵器在初始上电时，由于C4的作用使U5脚为低电平，脚输出高电平，Q7导通；Q8截止，许诺太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于 时，由R13、（R38十R39）组成的串联分压电路送至U5、电压低于23*U5的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时刻的延长，蓄电池电压慢慢升高，当U5、的电压高于23*U5供电电压时，U5脚输出低电平，Q7截止、Q8导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在U5脚输出低电平的状态

20、下，其脚导通，相当于将R40并入电路中。现在电路的分压比为：R38+R39R40Rl3+（R38+R39）R40，不难算出，当蓄电池电压低于设定值 13V时。电路状态再次翻转，U5脚输出高电平，许诺蓄电池充电。（2） 开灯检测方式与操纵太阳能电池板是一个专门好的光敏元件，其输出电流、电压能随着同意光的强度和照度转变而转变，本操纵器确实是利用这一原理实现开、关灯操纵的。太阳能电池板PVin 输入电压经R5、R6串联分压后；加至运放U1A脚，其脚接于R9、R8+VR1的分压点上。在白天，太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经R5、R6分压后使运放U1A脚电压高于脚， U1A脚输出低电平，Q1

21、截止，U2无供电电压不工作，Q2截止，继电器不吸合，系统无输出电压，路灯不工作。随着天色渐黑，太阳能电池板输出电压降低。UlA脚的电压也同步降低，当U1A脚电压低于脚时，比较器翻转，U1A脚输出高电平，Q1导通，按时电路U2得电工作，Q2导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中VR1为路灯开灯时刻设置调剂电位器，调剂VRl可设置不同时刻点亮路灯。DW1是钳位二极管，作用是幸免白天太阳能电池板同意的电压太高致使U1A脚输入电压太高而损坏。C1为储能电容，作用是避免U1A脚电压瞬时突变误点亮路灯。R14为反馈电阻。其作用是使U1A成为一个迟滞比较器。避免和幸免U1A在开灯点周围振荡而反复开、关路灯。（3）

22、 路灯延时电路点亮、熄灭操纵电路延时操纵电路选用CD4541BE 可编程按时操纵芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路，最大分频级数为65536级。本操纵器设计按时开灯和按时关灯时刻调剂范围是：小时小时。别离由VR2和VR3操纵调剂。（4） 蓄电池停止放电优先操纵电路假设在路灯欲点亮或已点亮时，蓄电池电压已经低于其许诺终止放电值时，Q4导通。现在不管U1A输出高电平与否，均会使Q1截止，从而爱惜蓄电池幸免过放电损坏。（5） 电池电压指示电路为了让现场看管、保护人员及时了解、把握蓄电池的状态，本操纵器设有 LED 电池电压指示装置，通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。.2 太阳能跟踪操纵器

23、工作原理由于本设计考虑到更大限度的获取太阳能，因此本设计增加了太阳能跟踪器，安装太阳能跟踪器后，太阳光能够垂直照射到太阳能电池板上，如此每一个角度太阳能电池板都能够充分的获取太阳能，如此也能够减小电池板的面积，从而减小造价。现有的太阳能自动跟踪操纵器无外乎两种：一是利用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，组成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来操纵电机的停、转；二是利用两只光敏传感器与两只比较器别离组成两个光控比较器操纵电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱转变范围都专门大，因此上述两种操纵器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。那个地址所介绍的操纵电路也包括两个电

24、压比较器，但设在其输人端的光敏传感器那么别离由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻；一只检测太阳光照，另一只那么检测环境光照，送至比较器输人端的比较电平始终为二者光照之差。因此，本操纵器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳，而且调试十分简单，本钱也比较低。电路原理图如附录B图所示，双运放LM358与R一、R2组成两个电压比较器，参考电压为VDD（12V）的 1/2。光敏电阻 RT一、RT2与电位器 RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2别离组成光敏传感电路，该电路的特殊的地方在于能依照环境光线的强弱进行自动补偿。如图2所示，将R

25、T1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT一、RT二、RT3和RT4同时受环境自然光线作历时，RP1和RP2的中心点电压不变。若是只有RT一、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的脚电位升高，脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合。同时RT3内阻减小，LM358的脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，若是只有RT二、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板双侧的光照度相同时，继由器K一、K2都导通，电机M才停转。在太阳不断地偏移进程中，垂直遮阳板双侧光

26、照度的强弱不断地交替转变，电机M转停、转停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻如此交叉安排的优势是：（l）LM358的脚电位升高时，脚电位那么降低，LM358的脚电位升高时，脚电位那么降低，可使电机的正反转工作既干脆又靠得住；（2）可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板，幸免将光敏电阻RT二、RT3引至蔽阴处的麻烦。利用该装置，没必要担忧第二天早晨它可否自动退回。早晨太阳升起时，垂直遮阳板双侧的光照度不可能正好相等，如此，上述操纵电路就会操纵电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。 蓄电池一样为铅酸电池，一样有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、

27、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能贮存起来，到需要的时候再释放出来。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳固，因此一样需要配置蓄电池系统才能工作。一样有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一样要遵循以下原那么：第一在能知足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽可能存储下来，同时还要能够存储知足持续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够知足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，阻碍蓄电池寿命，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。可用一种简单方式确信它们之间的关系。太阳能电池功率必需比

28、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2030%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必需比负载日耗量高6倍以上为宜。2.5LED灯头2.5.1 太阳能路灯灯头的种类太阳能路灯采纳何种光源是太阳能灯具是不是能正常利用的重要指标，一样太阳能灯具采纳低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED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，一样适合太阳能草坪灯、庭院灯。（2）低压钠灯：低压钠灯光效高（可达200Lm/w），但需逆变器，低压钠灯价格贵，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

29、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。大功率LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采纳低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、平安、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优势。某地域安装的首批LED路灯，每盏150瓦，与原先的450瓦的钠灯相较，不但节约电量%，而且更亮了。而且LED灯不需要逆变器。因此本设计采纳LED灯头。2.5.2 LED 的结构及发光原理50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的大体知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。发光二极管的核心部份是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些