新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計格式

1、課程設(shè)計 課程名稱 新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計 班 級 09光伏發(fā)電（2）班 專 業(yè) 光伏發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用 學(xué) 號 0903032029 姓 名 徐三鳳 指導(dǎo)教師 歐陽小芳 （老師） 提交日期 2011年6月16日 姓名 課程設(shè)計成績 評語： 指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日目 錄摘要關(guān)鍵詞第1章 緒論 1.1太陽能LED路燈系統(tǒng)簡介太陽能LED路燈的系統(tǒng)組成和工作原理太陽能LED路燈的優(yōu)點1.2太陽能LED路燈的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢第2章 新余市基本氣象及地理情況2.1 新余市地理概況2.2 新余市氣象概況第3章 太陽能LED路燈系統(tǒng)的設(shè)備選型 3.1 LED光源3.1.1 LED的發(fā)光原理3.1.

2、2 LED光源的優(yōu)點 3.1.3 LED光源的參數(shù) 3.2蓄電池3.2.1 蓄電池的主要參數(shù) 3.2.2太陽能LED路燈對蓄電池的性能要求3.3太陽電池組件 3.3.1 太陽電池組件的基本參數(shù)3.2 太陽能LED路燈對太陽電池組件的性能要求和技術(shù)要求 3.4光伏控制器及燈桿3.4.1 控制器的基本參數(shù)3.4.2控制器的工作原理及工作條件3.4.3 燈桿的技術(shù)要求第4章 太陽能LED路燈設(shè)計 4.1太陽電池組件的傾角和方位角設(shè)計4.1.1 太陽電池組件的傾角設(shè)計4.1.2 太陽電池組件的方位角設(shè)計 4.2 蓄電池數(shù)量設(shè)計4.2.1 蓄電池的容量設(shè)計 4.2.2 蓄電池組的數(shù)量及連結(jié)方式4.3組件

3、數(shù)量設(shè)計 4.3.1 組件容量設(shè)計 4.3.2 組件數(shù)量及排列方式4.4抗風(fēng)設(shè)計 太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計第5章 太陽能LED路燈設(shè)計總費用及性價比分析 5.1 太陽能LED路燈的設(shè)計總費用 5.2 太陽能LED路燈的經(jīng)濟(jì)性分析 參考文獻(xiàn)心得體會新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計摘要：太陽能作為一種巨量可再生能源，每天達(dá)到地球表面的輻射能大約等于2.5億萬桶石油，可以說是取之不盡、用之不竭，近年來，隨著太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，光伏應(yīng)用的領(lǐng)域正在逐漸擴(kuò)大，各種光伏新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。在照明路燈中，作為技術(shù)和藝術(shù)相結(jié)合的太陽能照明系統(tǒng)-太陽能路燈，已開始在美國、法國、日本等發(fā)達(dá)國家

4、很多地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，在我國則處于起步階段。太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。關(guān)鍵詞：太能能、LED、 節(jié)能、照明第1章 緒論將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)稱為光伏發(fā)電技術(shù)。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就

5、形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點。 近年來隨著太陽能發(fā)電技術(shù)和LED照明技術(shù)的個發(fā)展，太陽能LED路燈已進(jìn)入了城市照明領(lǐng)域。LED作為照明光源與傳統(tǒng)照明光源相比具有直流低電壓驅(qū)動、耗電量少、抗振動、壽命長、納秒級的響應(yīng)速度、設(shè)計空間大、環(huán)保、可連續(xù)開關(guān)閃斷，能輕松實現(xiàn)0100%調(diào)光功能等優(yōu)點，被認(rèn)為是新一代的綠色照明設(shè)備。1.1太陽能LED路燈系統(tǒng)簡介 太陽能LED路燈的系統(tǒng)組成和工作原理 太陽能路燈系統(tǒng)由太陽電池組件、蓄電池組、智能控制器、高效節(jié)能直流燈（

6、LED）、燈架、安裝材料等組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組，光伏系統(tǒng)電池控制器，蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。其中的核心元件是光伏電池組和控制器。LED燈已在全世界喧起一股熱潮，作為新型的節(jié)能、環(huán)保、高效諸多優(yōu)點為一身的高新產(chǎn)品，LED燈的時代已經(jīng)來臨。 工作原理：系統(tǒng)工作原理簡單，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，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。

7、充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。太陽能LED路燈的優(yōu)點1、短小輕薄 2、耐機(jī)械振動和沖擊3、壽命長 4、耗電少5、發(fā)熱少 6、反應(yīng)速度快7、顏色柔美飽和和亮度高 8、綠色環(huán)保（不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不會產(chǎn)生電磁干擾）9、健康（不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射）1.2太陽能LED路燈的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢對于近年來越炒越熱的LED路燈來說,一方面是抓住了國家節(jié)能降耗的大趨勢,一方面是國家強(qiáng)調(diào)的綠色照明的概念,同時地方領(lǐng)導(dǎo)人為了出政績,為了要名聲,不惜重金打造相關(guān)綠色環(huán)保節(jié)能的照明典型,致使所有LED生產(chǎn)廠家都趨之若鶩,強(qiáng)力攻關(guān), 同時LED生產(chǎn)廠商為了拓寬市場炒作很猛，政府部門也就被

8、牽著走。但是,從目前LED的現(xiàn)狀來說,還是仍然存在許多問題沒有徹底解決:LED的芯片質(zhì)量問題,散熱問題,配光問題,封裝問題,電源驅(qū)動問題,電子元器件的壽命問題等等,雖然按目前國內(nèi)國際大環(huán)境來說,LED的前景光明。第2章 新余市的基本氣象及地理情況2.1 新余市地理概況 新余市位于江西省中部偏西，浙贛鐵路西段，地處北緯27°3328°05，東經(jīng)114°29115°24。全境東西最長處101.9公里，南北最寬處65公里，東距省會南昌市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。 2.2 新余市氣象概

9、況新余市屬亞熱帶濕潤性氣候，具有四季分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無霜期長、嚴(yán)冬較短的特征。新余市年平均氣象資料如下表所示：水平日輻射量（Ht）斜面日輻射量（Ht）年平均氣溫（）相對濕度（%）日照時數(shù)（h）降水（mm）連續(xù)陰雨天數(shù)（d）130941371417.7801655.41594.87 第三章太陽能LED路燈系統(tǒng)的設(shè)備組成 3.1、LED燈的選擇3.1.1、LED燈的主要參數(shù)【產(chǎn)品品牌】大益 【產(chǎn)品價格】450元【產(chǎn)品型號】DY-LA-W10-L 【LED 數(shù)量】246pcs 【總 功 率】42W 【LED 色溫】白色（暖白/正白/冷白）【顯 色 性】>80CRI 【輸入電

10、壓】24V【功率因素】95% 【光 通 量】700LM【產(chǎn)品壽命】>50000 小時 【外殼材質(zhì)】鋁合金壓鑄而成【環(huán)境溫度】-3040 【適應(yīng)溫度】95%【工作溫升】20 【產(chǎn)品壽命】810年3.1.1LED燈的優(yōu)點及特性 1.發(fā)光效率高，耗電量小，使用壽命長，工作溫度低。2.安全可靠性強(qiáng)。3.反應(yīng)速度快，單元體積小，綠色環(huán)保。4.同亮度下，耗電是白熾燈的十分之一，熒光燈的三分之一，而壽命卻是白熾燈的50倍，熒光燈的20倍，是繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代照明產(chǎn)品。5.單顆大功率超亮度LED的問世，是LED應(yīng)用領(lǐng)域跨至高效率照明光源市場成為可能，將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈后最偉

11、大的發(fā)明之一。3.2、蓄電池的選擇 3.2.1 蓄電池的主要參數(shù)3.2.2太陽能LED路燈對蓄電池的性能要求品牌皓誠類型儲能用蓄電池電池蓋和排氣拴結(jié)構(gòu)閥控式密閉蓄電池荷電狀態(tài)免維護(hù)蓄電池型號6GFM100化學(xué)類型電化學(xué)額定容量100AH電壓12（V）外型尺寸522*240*245（mm）產(chǎn)品認(rèn)證電力部價格685元 壽命5年免維護(hù)閥控鉛酸蓄電池的優(yōu)點:1、 安全性能好：正常使用下無電解液漏出，無電池膨脹及破裂。2、放電性能好：放電電壓平穩(wěn)，放電平臺平緩。3、耐震動性好：完全充電狀態(tài)的電池完全固定，以4mm的振幅，16.7HZ的頻率震動1小時，無漏液，無電池膨脹及破裂，開路電壓正常。4、耐沖擊性好

12、：完全充電狀態(tài)的電池從20CM高處自然落至1CM厚的硬木板上3次無漏液，無電池膨脹及破裂，開路電壓正常。5、耐過放電性好：25攝氏度，完全充電狀態(tài)的電池進(jìn)行定電阻放電3星期（電阻只相當(dāng)于該電池1CA放電要求的電阻），恢復(fù)容量在75%以上。6、耐充電性好：25攝氏度，完全充電狀態(tài)的電池0.1CA充電48小時，無漏液，無電池膨脹及破裂，開路電壓正常，容量維持率在上95%以。7、耐大電流性好：完全充電狀態(tài)的電池2CA放電5分鐘或10CA放電5秒鐘。無導(dǎo)電部分熔斷，無外觀變形3.3太陽能電池組件的選擇3.3.1 太陽電池組件的基本概念及其選配太陽電池組件是用金屬條將各個單體電池互相串聯(lián)或并聯(lián)起來構(gòu)成通

13、路，通過電極引線而向負(fù)載供電的發(fā)電裝置，是整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。由于電池直接暴露在外界環(huán)境中，易導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率的下降或損壞，所以太陽電池必須通過封裝后再投入使用。組件的封裝按其封裝材料和工藝的不同，主要分為：環(huán)氧樹脂膠封裝、層壓封裝、硅膠封裝等。目前最主要的是層壓封裝方式。太陽電池組件是整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，電池組件質(zhì)量的好壞之間影響整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率及使用壽命。太陽電池組件的選配需根據(jù)使用的負(fù)載等系統(tǒng)的其他部件使用需求來確定電池容量的大小，再根據(jù)性價比來選用單晶硅組件、多晶硅組件還是非晶硅組件。 3.3.2 太陽能LED路燈對太陽電池組件的性能要求目前應(yīng)

14、用的太陽能電池主要還是硅系列材料的電池，特別是晶體硅太陽能電池。由于單體太陽能電池本身易破碎，易被腐蝕，若直接暴露在大氣中，光電轉(zhuǎn)換效率會由于潮濕、灰塵、酸雨等的影響而下降，以致?lián)p壞失效。因此，太陽電池一般都必須通過膠封、層壓等方式封裝成平板式結(jié)構(gòu)再投入使用。太陽能LED路燈是長期暴露在高溫，高濕，風(fēng)、雪、雨等嚴(yán)酷環(huán)境下工作的，因此更需要對太陽電池組件提出更高的性能要求和技術(shù)要求：1、電池組件要有一定的標(biāo)稱工作電流輸出功率2、工作壽命長，要求組件能正常工作2030年，因此要求組件使用的材料，零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個組件失效。3有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受在運輸、安

15、裝和使用過程中發(fā)生的沖突，振動及其他應(yīng)力。4、組合引起的電性能損失要小，組合成本要低。3.4光伏控制器及燈桿 太陽能路燈控制器名牌【產(chǎn)品型號】HBSC20I【產(chǎn)品規(guī)格】12V/24V,20A【產(chǎn)品類別】太陽能控制器，太陽能路燈控制器，太陽能充放電控制器【技術(shù)參數(shù)】型號  HBSC20I 產(chǎn)品壽命：10左右額定充電電流   20A 額定負(fù)載電流   20A 系統(tǒng)電壓  24V/12V AUTO過載、短路保護(hù)  1.25倍額定電流60秒.1.5倍額定電流5秒時過載保護(hù)動作. 3倍額定電流短路保護(hù)動作

16、空載損耗   6 mA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，×2/24V；工作溫度   工業(yè)級：-35至+55(后綴I)；提升充電電壓   14.6V；×2/24V； (維持時間：10min)（僅當(dāng)出現(xiàn)過放電時調(diào)用）直充充電電壓   14.4V; ×2/24V； (維持時間：10min)浮充      

17、     13.6V; ×2/24V；(維持時間：直至降到充電返回電 壓動作)充電返回電壓   13.2v； ×2/24V；溫度補償   -5mv/2V（提升、直充、浮充、充電返回電壓補償）; 欠壓電壓   12.0V； ×2/24V；過放電壓   11.1V-放電率補償修正的初始過放電壓（空載電壓）； ×2/24V；過放返回電壓   12.6V；×2/24V；控制方式   充

18、電為PWM脈寬調(diào)制光伏控制器應(yīng)具有以下基本功能：1、防止蓄電池過充2、防止蓄電池過放3、提供負(fù)載控制的功能4、光伏控制器工作狀態(tài)信息顯示5、防雷功能6、防反接功能3.4.3 燈桿 燈桿的選擇主要根據(jù)燈桿的材料、應(yīng)用環(huán)境等因素來進(jìn)行確的。一般道路路燈對燈桿的要求有下：（1）主體材料：為全鋼結(jié)構(gòu)、整體熱鍍鋅/噴塑處理（2）使用溫度：-30度至70度 （3） 抗風(fēng)力150Km/h （4）燈桿高度：511米 （5）燈桿價格：580元.太陽電池（1）型號 SFM75 （2）最大功率Pm 75Wp（3）最大工作點電壓Vm 17.2V （4)最大工作點電流Im 4.36A(5)開路電壓Voc 21.60V

19、(6)短路電流Isc 4.80A (7)電池板尺寸 1190*540*35MM (8)太陽能電池凈重 9.0KG(9)電池效率 17% (10)工作溫度 -4085 (11)市場價格 980.00元第4章 太陽能LED路燈設(shè)計4.1太陽電池組件的傾角設(shè)計在光伏供電系統(tǒng)的設(shè)計中，光伏組件方陣的放置形式和放置角度對光伏系統(tǒng)接受到太陽能輻射有很大的影響，從而影響到光伏供電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件的放置形式有固定安裝式和自動跟蹤式兩種形式，其中自動跟蹤式裝置包括單軸跟蹤專職和雙軸跟蹤裝置。與光伏組件方陣放置相關(guān)的有下列兩個角度參量：太陽電池組件傾角；太陽電池組件方位角。為了讓太陽能電池組件在一年中接收

20、到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。太陽電池組件的傾角是太陽電池組件平面與水平面的夾角對于光伏發(fā)電系統(tǒng)方陣傾角的選擇要考慮以下幾點：連續(xù)性均勻性極大性。一般的，在我國南方地區(qū)，方陣傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°15°；在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?°10°，緯度較大時，增加的角度可小一些。新余市的緯度大約為北緯28°，所以當(dāng)?shù)靥栯姵胤疥噧A角可加上15°，設(shè)計電池方陣的傾角為43°。4.2 蓄電池組容量設(shè)計1. LED燈，單路、40W，12V系統(tǒng)2. 每日放電時間10小時3. 滿足連續(xù)陰雨天6天（

21、另加陰雨前一夜的用電，計7天）。4. LED燈工作電流 I 40W/12V 3.34A5. 每天耗電量 Q=I*h=40W/12V*10=33.4Ah6. 蓄電池容量 C=7*Q/a 33.4Ah×（61）天/75% C 311.73Ah （a=75% 為蓄電池放電深度） 根據(jù)蓄電池的規(guī)格，取C=360Ah. 實際蓄電池容量為12V/360Ah,所以只要3只12V/120Ah的蓄電池以并連的方 式連接起來即可滿足需求。4.3 太陽電池方陣設(shè)計1、 平均有效日照時數(shù)取Tm=4h/d 2、 方陣電流 Im=Q/(T*1*2)=33.4/(4*0.9*0.9)=10.3A3、 方陣電壓 V

22、=Vf+Vd=6*2.35+0.8=14.9V （每只單體鉛酸蓄電池的工作電壓取 2.35V，線路壓降取Vd=0.8V)4. 設(shè)太陽電池的最高工作溫度為60，則方陣的輸出功率為： P=Im*V/1-a(tmax-25)=10.3*14.9/1-0.5%(60-25)=186.02W （式中：a為太陽電池功率的溫度系數(shù)，對一般硅太陽電池，a=0.5%； tmax為太陽電池最高工作溫度。） 5. 根據(jù)太陽電池板的規(guī)格，取P=150W，可用兩塊75W的組件串聯(lián)獲得。應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運行。4.4抗風(fēng)設(shè)計在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計?？癸L(fēng)設(shè)計主

23、要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。4.4.1、路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計路燈的參數(shù)如下：電池板傾角A =43o 燈桿高度= 7m設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度 = 4mm燈桿底部外徑= 168mm焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W的計算點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）/tan16o× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。根據(jù)27m/s的設(shè)計最大允許風(fēng)速，2×40W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為7

24、30N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。所以，M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = ×（3r23r23）。上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩W = ×（3r23r23）=×（3×842×43×84×4243）= 88768mm3=88.768×106 m3風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力= M/W= 1466/（88.768×106）=16.5×106pa =16.5 Mpa215Mpa其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。所以，設(shè)計選取的焊縫寬度滿第5章 太陽能LED路燈設(shè)計總費用及性價比分析5.1 太陽能LED路燈的設(shè)計總費用1.太陽電池組件的費用：