太陽能LED路燈系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)

1、彩尋余孕令課程設(shè)計(jì)課程名稱班級(jí)專業(yè)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師提交日期姓名課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)語:指導(dǎo)教師（簽名）第1章緒論1.1課程設(shè)計(jì)的意義1.2總體工作原理第2章新余市基本氣象及地理情況第3章設(shè)備選型3.1 LED路燈3.2蓄電池3.3組件3.4控制器3.5燈桿第4章LED路燈設(shè)計(jì)4.1太陽能LED路燈系統(tǒng)介紹4.1.1系統(tǒng)基本組成簡(jiǎn)介4.1.2太陽能LED路燈工作原理介紹4.2太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想4.2.1 太陽能電池組件選型4.2.2蓄電池選型4.3太陽能電池組件支架4.3.1傾角設(shè)計(jì)4.3.2抗風(fēng)設(shè)計(jì)第5章設(shè)計(jì)總費(fèi)用及性價(jià)比分析5.1經(jīng)濟(jì)效益5.2性價(jià)比分析參考文獻(xiàn)心得體會(huì)關(guān)鍵詞：高效.節(jié)能

2、.環(huán)保摘要：系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱（內(nèi)有控制器、蓄電也和燈桿幾部分構(gòu)成n懲潤(rùn)腐物瘞睞相虎賴。第1章緒論1.1課程設(shè)計(jì)的意義在全球節(jié)能環(huán)保的綠色大潮下，用LED路燈替代傳統(tǒng)路燈自然成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。從我國道路照明燈具的使用情況來看，最常見的路燈照明光源為高壓放電（HID）型式，如高壓鈉燈、金鹵燈以及低壓鈉燈和高壓汞燈等。其缺點(diǎn)是：1、傳統(tǒng)路燈的光源中含有重金屬物質(zhì)，污染環(huán)境，而且光源為球形發(fā)光，光發(fā)散不易控，光線易溢出指定照射區(qū)域，所以形成光污染；2、傳統(tǒng)路燈光源的能耗是LED的5-10倍，在我們國家照明用電約占總電量的12%。如果按保守估計(jì)，2010年我國總

3、發(fā)電量將達(dá)到30000億度，照明用電約3600億度，其中將近70%的用于道路照明。如能節(jié)約一半的道路照明用電將近1300億度，相當(dāng)于三峽電站的年發(fā)電量的1.5倍。3、在顯色性方面：傳統(tǒng)路燈較差，顯色指數(shù)只能達(dá)到2040左右；4、在均勻度方面：傳統(tǒng)路燈均勻度低，垂直照度雖可達(dá)道路照明標(biāo)準(zhǔn)，但邊緣照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于垂直照度，均勻度差，不能達(dá)到道路照明標(biāo)準(zhǔn)；5、傳統(tǒng)路燈只能達(dá)到亮”的層次，談不上照明質(zhì)”的層次。溝澹除愛僵譴凈。1.2總體工作原理利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至101UX左右、太陽能電池板

4、開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。殘鷲樓言爭(zhēng)鐳漏W泌!EH。第二章新余市基本氣象及地理情況新余市位于江西省中部偏西，浙贛鐵路西段，地處北緯27°33人28°05,'東經(jīng)114°29115°24。'全境東西最長(zhǎng)處101.9公里，南北最寬處65公里，東距省會(huì)南昌市150公里，東臨樟樹市、新干縣，西接宜春市袁州區(qū)，南連吉安市青原區(qū)、安?？h、峽江縣，北毗上高縣、高安市。新余市屬亞熱帶濕潤(rùn)性氣候，具有四季分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無霜期長(zhǎng)、

5、嚴(yán)冬較短的特征。3月下旬初至5月下旬中為春季，氣溫回升，雨水增加，冷暖多變，常有低溫陰雨天氣。5月下旬中至9月下旬中為夏季，初夏（5月下旬中至6月底）溫度適宜，雨水充沛；盛夏（78月）天氣炎熱，常有干旱。9月下旬中至11月下旬初為秋季，晴天多雨夭少，有干旱，9月下旬多秋寒。11月下旬初至3月下旬初為冬季，嚴(yán)冬多霜雪，凍害常發(fā)生。新余市常年氣候溫和，年平均氣溫17.7C，年平均地溫值20.1C,年平均相對(duì)濕度80%。年平均降雨量1594.8毫米，第二季度占46%，年平均蒸發(fā)量1497.8毫米。歷年平均日照時(shí)數(shù)為1655.4小時(shí)，年平均日照百分率為38%。無霜期280天左右。阿極鎮(zhèn)檜豬哉錐。第三章

6、設(shè)備選擇LED路燈產(chǎn)品名稱：鎂合金LED太陽能路燈-10產(chǎn)品型號(hào)：WD-LD-30強(qiáng)貿(mào)攝爾霽斃痍磚鹵虎?！奥?2W60W80W100W色溫5000-6500K5000-6500K5000-6500K5000-6500K顯色指數(shù)（RA>85>85>85>85工作電壓12V/24V12V/24V12V/24V12V/24V燈具效率>90%>90%>90%>90%*通量3990lm5700lm7600lm9500lm*源壽命50000H50000H50000H50000H防護(hù)等級(jí)IP65IP65IP65IP65n用局度6m6-8m6-8m8-10m特殊

7、技術(shù)要求1燈具電性能:LED路燈在標(biāo)稱的額定電源電壓及額定頻率下工作時(shí)，其實(shí)際消耗的功率與額定功率之差不應(yīng)大于10%，功率因素不應(yīng)小于0.92。養(yǎng)挎篋awa類蔣薔。2防護(hù)等級(jí):LED路燈防護(hù)等級(jí)A級(jí)不低于IP67;B級(jí)不應(yīng)低于IP66。3平均壽命：LED路燈的額定平均壽命不應(yīng)低于30000h。4最大溫度：LED路燈額定最大溫度Tc值不應(yīng)大于58Co5最大熱沉溫度：燈具內(nèi)各個(gè)LED管的最大熱沉溫度不應(yīng)大于65C。6抗擾度：浪涌抑制性能的電壓保護(hù)水平應(yīng)不低于2kV（線一線）/4kV（線一地）。廈礴懇蹣駢日寺盍繼騷。7配光特性：燈具中部分LED燈泡熄滅或整燈調(diào)光時(shí)，其光斑形狀和路面照度均勻性不應(yīng)發(fā)生

8、明顯變化8適應(yīng)濕度：953.2蓄電池廣品說明：操作溫度范圍：-20Cs+45C/-4F+113F充電方式：推薦包壓限流方式浮沖電壓：13.6V-13.8V25：/77T最大充電電流：0.25C10安培25/77°F自放電電流：每月<3%20/68T外殼材料：ABS(阻燃ABS#料可選)使用方式循環(huán)使用浮充使用使用方式14.6V-15.013.6V-3.8V充電時(shí)間12個(gè)小時(shí)(50%DQD24個(gè)小時(shí)(100%DQD>48小時(shí)溫度系數(shù)-0.018VpbC設(shè)計(jì)壽500次(50%DQD3-5年(33AH以下)8-10年(33AH以上)主要特性安全密封沒有自由酸維護(hù)簡(jiǎn)單使用壽命長(zhǎng)質(zhì)

9、量穩(wěn)定，可靠性高環(huán)境和使用條件(1) 避免將電池與金屬容器直接接觸，應(yīng)采用防酸材料，否則會(huì)引起冒煙或燃燒。(2) 使用指定的充電器充電,否則可能會(huì)引起電池過熱、放氣、泄露、燃燒或破裂。煢楨廣蝴解選塊網(wǎng)淚。(3) 將電池使用在醫(yī)護(hù)設(shè)備中時(shí)，請(qǐng)安裝后備電源，否則主電源失效會(huì)引起傷害。(4) 將電池放在遠(yuǎn)離能產(chǎn)生火花設(shè)備的地方，否則火花可能會(huì)引起電池冒煙或破裂。(5) 不要將電池放在熱源附近(，否則會(huì)引起電池過熱、泄漏、燃燒或破裂。(6) 應(yīng)用中電池?cái)?shù)目超過一只時(shí)，請(qǐng)確保電池間連接無誤，且與充電器或負(fù)載連接無誤，否則會(huì)引起電池破裂、燃燒或電池?fù)p害，某些情況下還會(huì)傷人。鵝婭盡損鶴慘屜(7) 電池的指定

10、使用范圍如下。超出此范圍可能會(huì)引起電池?fù)p害。電池放電后：5.F至ij122.F(-15C至ij50C)>儲(chǔ)存中：5.F至ij104.F(-15C到40C)®電池正常操作范圍：77.F(25C)叢媽尊為H債蛭練浮。充電后：32.F至ij104.F(0C至ij40C)圣氧僮齦訝驊粢。3.3組件技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：SHA-PV-TH電源：AC?3380V50Hz工作室尺寸：深*寬*高1000*1000*1500單位：MM溫度范圍：-40C100C交變溫度范圍：-40C-100C濕度范圍：20%98%RH(4090C)交變濕度：75%95%RH(2585C)滲蜉嗆儼勻謂鱉調(diào)Wo溫度波動(dòng)度：

11、±0.5C溫度偏差度：±2C,升降溫速率：1.03.4C/min(線性可調(diào))濕度偏差：+2、-3%RH時(shí)間范圍：09999H可調(diào)總功率：32KW38KW太陽能電池板，太陽能電池板型號(hào)，太陽能電池板廠家：產(chǎn)品名稱太陽能電池板型號(hào)SFM180尺寸(mm1580*805*50轉(zhuǎn)換效率(17最大功率pmax(W)180最佳工作電壓Vm(V)36.0V開路電壓Voc(V)45.0V最佳工作電流Im(A)5.00短路電流Isc(A)5.20太陽能電池板主要特性：1. 本組件是由局效晶體硅電池片申并聯(lián)，用局透光超白布紋鋼化玻璃，抗老化EVAffl優(yōu)良耐火性TPT熱壓密封而成，外加陽極化優(yōu)

12、質(zhì)鋁合金邊框，具有效率高，壽命長(zhǎng)，安裝力便，抗風(fēng)，抗冰雹能力強(qiáng)等特性。2. 太陽能電池板采用密封防水，高可靠性多功能接線盒，使用安全，方便，可靠。使用壽命可達(dá)25年以上。廣泛用f伏電站，并網(wǎng)發(fā)電，屋頂系統(tǒng)，家用供電系統(tǒng)，太陽能移動(dòng)電源，通訊電源，太陽能燈具，太陽能建筑等領(lǐng)域。電池板電壓：12V/24V電池板壽命：25年適用范圍：交通信號(hào)燈，游艇電池充電，電動(dòng)車電池充電，電站等產(chǎn)品保修期：12個(gè)月沖壓件：可帶電池板沖壓件，方便安裝E臥瀉嚙圣騁朋確。3.4控制器技術(shù)參數(shù)型號(hào)GHL-IGHL-HGHL-HI負(fù)載額定工作電壓DC12VDC12V/24V;DC24V額定充電電流5A10A15A額定負(fù)載電

13、流5A10A15A系統(tǒng)電壓DC12VDC12V/24V;DC24V過載、短路保護(hù)1.25倍電流20秒，1.15倍電流5秒，A3倍工作電流保護(hù)動(dòng)作空載損耗<6ma充電回路壓降不大于0.26V放電回路壓降不大于0.15V超壓保護(hù)17V/34V提升充電壓14.6VX2/24V;(維持時(shí)間：10min)(僅當(dāng)出現(xiàn)過放電時(shí)調(diào)用)直流充電電壓14.4V;X2/24V;（維持時(shí)間：10min）浮充13.6V;X2/24V;(維持時(shí)間：直至降到充電返回電壓動(dòng)作)充電返回電壓13.2v;X2/24V;工作溫度-35C+60C溫度補(bǔ)償-5mv/C欠壓電壓12.0V;X2/24V;過放電壓11.2V;X2/2

14、4V;過放返回電壓12.6V;X2/24V控制方式PWRM寬調(diào)制主要優(yōu)點(diǎn)1、防水、防潮性能好。2、散熱性能好。3、直接拖線模式，避免了接線端子進(jìn)水腐蝕及短路的現(xiàn)象。4、路燈夜間歇滅后，可在天明前自動(dòng)照明2小時(shí)左右，有效避免夜間不必要的資源浪費(fèi)。備注：GHL-I型太陽能低壓直流控制器：70元/臺(tái)。3.5燈桿路燈LED路燈燈桿，照明燈品牌：上揚(yáng)之光，規(guī)格：光源類型：鈉燈，功率:150W-400W，材質(zhì):金屬，電壓:220(V)，品牌：上揚(yáng)之光，型號(hào)：路燈-101，外形尺寸:6000-12000(mm),主要適用范圍:道路路燈街道。燈桿總高度米6-12米，燈桿為非標(biāo)產(chǎn)品只要強(qiáng)度達(dá)到國家要求就行，燈桿

15、的口徑壁厚和外形可以根據(jù)用戶要求定制。第四章LED路燈設(shè)計(jì)1、太陽能LED路燈系統(tǒng)介紹1.1系統(tǒng)基本組成簡(jiǎn)介系統(tǒng)由太陽能電池組件部分(包括支架)、LED燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器、蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W質(zhì)光LED#成丁印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源?？刂葡湎潴w以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由丁其維護(hù)很少，故乂被稱為“免維護(hù)電池”；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備(具備光控、時(shí)控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接

16、保護(hù)等)與成本控制，實(shí)現(xiàn)很局的性價(jià)比。1.2 太陽能LED路燈工作原理介紹系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池2、太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。2.1太陽能電池組件選型設(shè)計(jì)要求：負(fù)載輸入電壓24V功耗34

17、.5W,每天工作時(shí)數(shù)8.5h,保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。(1) 近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2,經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h;負(fù)載日耗電量=12.2AH(3)所需太陽能組件的總充電電流=1.05X12.2X士(3.424X0.85)=5.9A在這里，兩個(gè)連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計(jì)最短天數(shù)為20天，1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。太陽能組件的最少總功率數(shù)=17.2X5.9=102W選用峰值輸出功率110Wp單塊55W州標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。2.2 蓄電池選型根據(jù)上面的計(jì)算知道，負(fù)載日耗電量12.2AH。

18、在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個(gè)陰雨天，再加上第一個(gè)晚上的工作，蓄電池容量：12.2 X(7+1)=97.6(AH,選用2臺(tái)12V100AH勺蓄電池就可以滿足要求了。2.3 太陽能電池組件支架2.3.1 傾角設(shè)計(jì)為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料1,選定太陽能電池組件支架傾角為16。2.3.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì)太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700P&若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s(相當(dāng)丁十級(jí)臺(tái)風(fēng))，根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可

19、以承受27m/s的風(fēng)速而不至丁損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)路燈的參數(shù)如下：電池板傾角A=16o燈桿高度=5m設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度a=4mm燈桿底部外徑=168mm圖3,焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W的計(jì)算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為PQ=5000+(168+6)/tan16oxSin16o=1545mm=1.545m。所以,風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M=FX1.545。根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)最大允許風(fēng)速，2X30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730M考慮1.3的安全系數(shù),F=1.3X730=949N。所

20、以，M=FX1.545=949X1.545=1466N.m。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W=兀x(3r2a+3ra2+a3)。上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，a是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩W=兀X(3r2a+3ra2+a3=ttX(3X842X4+3X84X42+43)=88768mm3=88.768X10-6m3風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力=M/W=1466/(88.768X10-6)=16.5x106pa=16.5Mpa<<215Mpa其中，215Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。第五章設(shè)計(jì)總費(fèi)用及性價(jià)比分析5.1經(jīng)濟(jì)效益:名稱

21、250W替代對(duì)比LED路燈400W替代對(duì)比LED路燈燈類HPS-250WSPL-120WHPS-400WSPL-180W燈泡功率（W250120400180電源功率（W802013025實(shí)際耗電功率（W330140530205日耗電量（度/日）3.961.266.361.85年耗電量（度/年）1445.4459.92321.4897.9電費(fèi)（元/年）1329.77423.112135.69826.07維護(hù)（元/年）20002000燈泡（元/年）10002000總費(fèi)用（元/年）1629.77423.112535.69826.07兩組數(shù)據(jù)分別節(jié)?。?206.66元/年，1309.62元/年（電費(fèi)0.92元/度）5.2性價(jià)比分析LED路燈與傳統(tǒng)路燈（高壓鈉燈）對(duì)比在主要性能方面的優(yōu)點(diǎn)有：1、環(huán)保：LED是全固體發(fā)光體，可以承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎，廢棄物便于回收。而且LED光源本身不含汞、鉛等有害物質(zhì)，無紅外和紫外污染，不會(huì)在