太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、江 西 省 機(jī) 電 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院10大專(zhuān)光伏班課程設(shè)計(jì) 課程名稱(chēng)： 光伏技術(shù)與工藝 題 目： 30W太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系： 電氣工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 10光伏（1）班 學(xué) 號(hào)： 13 學(xué)生姓名： 李澤文 起訖日期： 指導(dǎo)教師： 藍(lán)師文 一、課程設(shè)計(jì)題目： 30W太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、目的意義：背景：本次課程設(shè)計(jì)目的：課程設(shè)計(jì)的意義：太陽(yáng)能路燈的優(yōu)勢(shì)：三、設(shè)計(jì)要求：LED太陽(yáng)能路燈光源功率為 30 W,工作電壓為直流 12 V。要求路燈每天工作 h,保證連續(xù) 個(gè)陰雨天能正常工作。南昌市區(qū)地處北緯 2809，東經(jīng) 11527，海拔 22米 ，全年平均日照時(shí)間 3.81

2、 。昌北地區(qū)主干道寬 m，長(zhǎng) km。四、設(shè)計(jì)思路及其設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)思路：太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽(yáng)能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。首先是根據(jù)用電負(fù)載（LED光源）的用電量，確定太陽(yáng)能組件的功率，然后確定蓄電池的容量，再進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)、光源設(shè)計(jì)和設(shè)備選型，最后進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中要確保太陽(yáng)能LED路燈運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。設(shè)計(jì)的原則：對(duì)于照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般我們需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）從功能上,道路照明系統(tǒng)的主要功能是保證交通安全，提高交通運(yùn)輸效率、保障人身安全、提供舒適環(huán)境、提升城市形象。（2）在滿(mǎn)足道路照明各項(xiàng)功能需要的基礎(chǔ)上，提高道路照明系統(tǒng)的能效，降低系統(tǒng)功耗，

3、節(jié)約能源，減少污染，以達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。（3）另外還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓赓Y源情況。 五、太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)介紹 （一）系統(tǒng)組成與原理組成：LED太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、LED光源、控制器、蓄電池和燈桿支架等幾部分構(gòu)成。 原理：如圖所示，太陽(yáng)能路燈是利用太陽(yáng)能電池板，白天接收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò)控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚控制器動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電若干小時(shí)后，控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。控制器的主要作用是控制路燈打開(kāi)和關(guān)閉，同時(shí)保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命。在蓄電池電量不足時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)負(fù)載，防止蓄電池過(guò)放電；并有短路保護(hù)、反接保護(hù)等。（二）光源光源應(yīng)盡量選直流光源

4、。目前常見(jiàn)的光源有直流節(jié)能燈、高頻無(wú)極燈、低壓鈉燈和LED光源。LED 作為半導(dǎo)體光源，其發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，是太陽(yáng)能路燈最為理想的光源。本系統(tǒng)采用LED光源，結(jié)合本地的實(shí)際情況，我們采用高效太陽(yáng)能LED路燈（光源功率30 W，12 V）。（三）蓄電池蓄電池功能：將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到夜晚需要照明的時(shí)候再釋放出來(lái)。同時(shí)應(yīng)保證陰雨天時(shí)可提供若干天路燈夜間照明的用電需要。1 類(lèi)型選擇1）鉛酸(CS)蓄電池：適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽(yáng)能路燈采用。密封免維護(hù)，價(jià)格低。注意防止鉛酸污染，應(yīng)逐步淘汰。2）鎳鎘(Ni-Cd)蓄電池：放電倍率高、低溫性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，小型系統(tǒng)采

5、用。注意防止鎘污染。3）鎳氫(Ni-H)蓄電池：高倍率放電，低溫性能好，價(jià)格便宜，無(wú)污染，為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采用。要大力提倡目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池，普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。2容量選擇蓄電池容量過(guò)小，不能滿(mǎn)足夜晚照明的需要；容量過(guò)大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費(fèi)。蓄電池容量(Ah)與負(fù)載容量（Ah）之比宜在36倍以上：連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為34倍以上，連續(xù)陰雨天教較多地區(qū)約為56倍以上。蓄電池容量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，考慮相關(guān)系數(shù)的添加，計(jì)算出合理的容量。（四）控制器太陽(yáng)能路燈的運(yùn)行由控制器來(lái)控制。控制器大都實(shí)現(xiàn)了智能控制控制器應(yīng)具有以下功能：1路燈

6、控制光控、時(shí)控、溫控等功能供選擇。具有調(diào)光(或半夜燈)功能2蓄電池管理對(duì)蓄電池充放電條件加以限制，延長(zhǎng)其使用壽命：1) 防反充電控制：2) 防過(guò)充電控制：3) 防過(guò)放電控制；4) 溫度補(bǔ)償。3自動(dòng)保護(hù)太陽(yáng)電池反接保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、蓄電池開(kāi)路保護(hù)、夜間防反充保護(hù)、輸出短路保護(hù)等。4數(shù)碼顯示顯示太陽(yáng)能路燈主要參教：蓄電池電壓、太陽(yáng)電池光伏電壓等。5控制器電壓 控制器電壓=蓄電池電壓。6. 控制器種類(lèi)太陽(yáng)能路燈跟普通路燈控制電路功能基本一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用。常用的控制器有單獨(dú)的光控制型、時(shí)鐘控器型、經(jīng)緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。單獨(dú)的光控型一般采用感光

7、探頭，當(dāng)晚上光線(xiàn)弱時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟路燈；早上光線(xiàn)較強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉路燈，達(dá)到自動(dòng)控制的作用。但在實(shí)際使用中，感光探頭難以判斷各種干擾光線(xiàn)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。采用時(shí)鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開(kāi)關(guān)時(shí)間，使路燈按時(shí)亮燈、準(zhǔn)時(shí)熄燈，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)開(kāi)關(guān)預(yù)先設(shè)定的開(kāi)關(guān)時(shí)間不受外界干擾，除本身故障外不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間，需人工經(jīng)常調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于節(jié)省電力。經(jīng)緯型控制器采用單片機(jī)技術(shù)，模擬日照規(guī)律，晚上能自動(dòng)開(kāi)燈、早晨能自動(dòng)關(guān)燈。它采取光控開(kāi)關(guān)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，克服了光控開(kāi)關(guān)易受干擾的缺點(diǎn)，取鐘控器時(shí)間準(zhǔn)確之長(zhǎng)處，克服了定時(shí)開(kāi)關(guān)不會(huì)

8、自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間之短處。目前路燈控制常采用這種控制方式，但其價(jià)格較高，在路燈中使用將會(huì)增加成本。（五）太陽(yáng)電池組件l.類(lèi)型太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。較實(shí)用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池等三種。1) 單晶硅太陽(yáng)能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定適合在陰雨天比較多、陽(yáng)光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū)使用；2) 多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格比單晶硅低適合在太陽(yáng)光充足、日照好的東西部地區(qū)使用；3）非晶硅太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光照條件要求比較低，適合在室外陽(yáng)光不足的地區(qū)使用。2工作電壓太陽(yáng)能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的l.5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如給6v蓄電池充電需要用89V太陽(yáng)能電池,給12V蓄

9、電池充電需要用1518V太陽(yáng)能電池。給24V蓄電池充電需用3336V太陽(yáng)能電池。3.輸出功率太陽(yáng)能電池一般由多個(gè)太陽(yáng)能單元電池串聯(lián)組成，其容量取決于照明光源、線(xiàn)路傳輸部件所消耗的總功率以及當(dāng)?shù)靥?yáng)能輻射能量。太陽(yáng)能電池組輸出功率宜為光源功率的35倍以上：光照豐富、開(kāi)燈時(shí)短地區(qū)為(34)倍以上，反之為(45)倍以上。4.太陽(yáng)能池組選擇和安裝路燈桿一般在5m以上，重心較高，大部分太陽(yáng)電池板都是懸掛式，為增強(qiáng)整套設(shè)備的抗風(fēng)力，一般選擇多塊太陽(yáng)電池板組成所需要的組件功率。六、計(jì)算及選型1、日均耗電量 = =光源工作電流光源日工作時(shí)間（Ah）2、蓄電池容量 =（Ah）3、太陽(yáng)電池組件的輸出電流=（A）4

10、、太陽(yáng)電池的輸出功率=太陽(yáng)電池輸出電壓輸出電流（W）5、太陽(yáng)電池板傾角設(shè)計(jì)城市緯度最佳傾角（0）年平均日照時(shí)間（h）城市緯度最佳傾角（0）年平均日照時(shí)間（h）哈爾濱45.68+34.4杭州30.23+33.42長(zhǎng)春43.90+14.8南昌28.67+23.81沈陽(yáng)41.77+14.6福州26.08+43.46北京39.8+45濟(jì)南36.68+64.44天津39.10+54.65鄭州34.72+74.04呼和浩特40.78+35.6武漢30.63+73.80太原37.78+54.8長(zhǎng)沙28.20+63.22烏魯木齊43.78+124.6廣州23.13-73.52西寧36.75+15.5?？?0.

11、03+123.75蘭州36.05+84.4南寧22.82+53.54銀川38.48+25.5成都30.67+22.87西安34.30+143.6貴陽(yáng)26.58+82.84上海31.17+33.8昆明25.02-84.26南京32.00+53.94拉薩29.70-86.7合肥31.85+93.696、 抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)。抗風(fēng)設(shè)計(jì)主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。相關(guān)計(jì)算略。通過(guò)計(jì)算可知，所選設(shè)備為：蓄電池太陽(yáng)電池組件控制器如下表所示：表 太陽(yáng)能LED路燈的配置方案序號(hào)配件名稱(chēng)規(guī)格單位數(shù)量備注1太陽(yáng)能電池組件W塊

12、單晶硅或多晶硅2蓄電池V/Ah塊鉛酸蓄電池3光源W LED只暖白色4充放電控制器V/A臺(tái)過(guò)充電、過(guò)放電保護(hù)5燈桿m根熱鍍鋅、噴塑表 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)燈管高度m組件支架優(yōu)質(zhì)鋼材光源度m表面處理熱鍍鋅設(shè)計(jì)燈管間距m燈管預(yù)埋件優(yōu)質(zhì)圓鋼設(shè)計(jì)安裝數(shù)量套燈桿基礎(chǔ)C25混凝土澆筑燈桿材料優(yōu)質(zhì)冷軋薄板七、施工單臂燈的工程安裝步驟如下：（1） 燈桿在運(yùn)輸時(shí)應(yīng)采用塑袋封閉的包裝形式，捆綁形式采用矩形包，中間用鋼包帶捆扎。燈盤(pán)運(yùn)輸時(shí)采用裝箱運(yùn)輸形式。（2） 當(dāng)燈具運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，開(kāi)箱復(fù)檢配件是否齊全。（3） 利用5T起吊將燈桿吊起，安裝燈臂、太陽(yáng)能電池板以及燈具，并保證螺釘緊固到位。太陽(yáng)能電池組件和燈具在安裝前應(yīng)進(jìn)行必

13、要的測(cè)試，在燈桿吊起前，對(duì)安裝后的太陽(yáng)能電池組件以及燈具進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試，以檢驗(yàn)安裝的正確性。（4） 調(diào)整燈臂、燈桿的角度，確保燈臂、道路縱向成90（5）調(diào)整燈臂、燈桿的角度，確保燈具的投射角度垂直向下。（6） 利用5T汽吊進(jìn)行單臂燈的燈桿的整體吊整，并使燈桿的地板法蘭與基礎(chǔ)預(yù)埋件準(zhǔn)確的對(duì)位。（7） 安裝控制器、蓄電池組。（8） 在吊裝的同時(shí)，各測(cè)試人員用經(jīng)緯儀對(duì)中、高桿燈進(jìn)行垂直測(cè)試，使垂直偏差不超過(guò)設(shè)計(jì)允許偏差，并符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。（9） 各部位根據(jù)設(shè)計(jì)要求接線(xiàn)，此接線(xiàn)必須符合電氣安裝規(guī)范要求。（10） 整體試燈兵再次調(diào)整燈具投射角度，使其達(dá)到設(shè)計(jì)的規(guī)范要求。注意事項(xiàng)：太陽(yáng)能路燈的硬件固然重要，太陽(yáng)能路燈的安裝施工、工程管理和質(zhì)量控制也是非常重要的。太陽(yáng)能路燈安裝在室外，應(yīng)當(dāng)