李遠(yuǎn)星畢業(yè)論文物理學(xué)

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昆明地區(qū)太陽(yáng)能路燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)云南民族大學(xué)物理學(xué)2010級(jí)論文答辯姓名：李遠(yuǎn)星班級(jí)：物理班學(xué)號(hào)：201012401129指導(dǎo)老師：屈盛目錄

昆明太陽(yáng)能路燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)引言結(jié)論及不足城市路燈照明占我國(guó)耗電30%左右的比例，年用電量約850億千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤3000萬(wàn)噸，以我國(guó)平均電價(jià)0.65元／KWH計(jì)算，一年僅市政路燈照明的開(kāi)支就高達(dá)552億元，耗電驚人假如2000萬(wàn)盞路燈全部改用太陽(yáng)能路燈以后，可以減少2580萬(wàn)噸二氧化碳的排放，相當(dāng)于103億美元二氧化碳減排成本

一、引言

前人對(duì)太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)沒(méi)有充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件而本文以昆明地區(qū)氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算出了日照峰值小時(shí)數(shù)，既考慮了蓄電池的保連續(xù)陰雨天數(shù)，又考慮了昆明地區(qū)的最長(zhǎng)陰雨天間隔，針對(duì)昆明地區(qū)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)提出優(yōu)化方法.1、太陽(yáng)能路燈的構(gòu)成二、昆明地區(qū)太陽(yáng)能路燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼，逆變器。2、太陽(yáng)能路燈的優(yōu)化設(shè)計(jì)確定負(fù)載功率和日均用電量確定蓄電池的容量確定光伏組件的功率2.1確定負(fù)載功率和日均用電量路燈日均用電量可用公式（1）計(jì)算：Q=Pt(1)式中：Q—路燈1天的用電量，W·h；P—負(fù)載功率，W；t—照明時(shí)間，h。例如：1個(gè)20W的LED燈,全年日均照明時(shí)間為10小時(shí)，一天的用電量為Q=Pt=20W×10h＝200W·h。2.2確定蓄電池容量

蓄電池容量可用公式(2)計(jì)算：C＝〔Q·D〕/〔U·Vt〕(2)式中：C為蓄電池容量，Ah；D為最長(zhǎng)無(wú)日照期間用電天數(shù)，取D＝5，需要滿足5個(gè)連續(xù)陰雨天的照明需求；

Q為一天的用電量，W·h；U為蓄電池組的放電深度,以鉛酸蓄電池為例,通常取0.6；Vt為系統(tǒng)工作電壓，12V。

2.3確定光伏組件的功率光伏組件的功率的確定如下：1、一盞20W路燈的日均用電量：Q=P·t=20W×10h=200W·h;2、蓄電池組保5個(gè)連陰天的用電量：5×200W·h=1000W·h。3、光伏組件的功率：（200W·h×30天+1000W·h）/（30天×峰值小時(shí)數(shù)）。其中，30天為最長(zhǎng)陰雨天間隔。3、設(shè)計(jì)實(shí)例表1昆明地區(qū)日照峰值小時(shí)數(shù)日照峰值小時(shí)數(shù):是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件1000w/㎡下所得出的。路燈20W設(shè)計(jì)，每天平均工作時(shí)數(shù)10h左右，保證連續(xù)陰雨天數(shù)5天

根據(jù)表1昆明地區(qū)年平均日照峰值小時(shí)數(shù)為4.257h，故所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)如下：

1、一盞20W路燈的日耗電量：Q=P·t=20W×10h=200W·h；2、蓄電池組保5個(gè)連陰天的耗電量：5×200W·h=1000W·h；3、光伏組件的功率：（200W·h×30天+1000W·h）/（30天×4.257h）=54.81Wp。

光伏組件以54.81Wp的功率配置可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行，但是6月3.70h,7月3.62h,8月3.93h，9月3.65h，10月3,34h，11月3.83h，12月4.08h，這幾個(gè)月太陽(yáng)能路燈可能會(huì)工作不好。路燈20W設(shè)計(jì)，每天平均工作時(shí)數(shù)10h左右，保證連續(xù)陰雨天數(shù)5天根據(jù)表3昆明地區(qū)最低月份日照峰值小時(shí)數(shù)為3.342h，故所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)如下：

1、一盞20W路燈的日耗電量：Q=P·t=20W×10h=200W·h；2、蓄電池組保5個(gè)連陰天的耗電量：5×200W·h=1000W·h；3、光伏組件的功率：（200W·h×30天+1000W·h）/（30天×3.342h）=69.82Wp。光伏組件以69.82Wp的功率配置可以保證路燈系統(tǒng)在每個(gè)月都正常運(yùn)行，可以覆蓋所有月份，系統(tǒng)工作性能也很好，但是投資會(huì)較大。創(chuàng)新點(diǎn):本文的太陽(yáng)能路燈設(shè)計(jì)充分考慮了昆明地區(qū)的日照峰值小時(shí)數(shù)，采用最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天和最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天間隔的理想氣候模型來(lái)確定太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中的光伏組件的功率,這樣的討論比較貼近實(shí)際的氣候情況,既能充分考慮了蓄電池的放電周期,又能充分考慮了蓄電池充電周期,相比其他的氣候模型更為準(zhǔn)確。而且本文分別以昆明地區(qū)的年平均日照峰值小時(shí)數(shù)和月份最低日照峰值小時(shí)數(shù)為依據(jù)給出了兩個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)昆明地區(qū)太陽(yáng)能路燈的工程安裝具有很好的參考價(jià)值。

三、創(chuàng)新點(diǎn)、結(jié)論及不足結(jié)論：路燈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，本文以昆明地區(qū)的氣候數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，先計(jì)算出負(fù)載的日均用電量，再根據(jù)當(dāng)?shù)刈铋L(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)確定蓄電池的容量，然后再根據(jù)當(dāng)?shù)刈铋L(zhǎng)連續(xù)陰雨天間隔和日照峰值小時(shí)數(shù)來(lái)確定光伏組件的功率。例如，20W的路燈，在每天工作10小時(shí)的情況下，以年平均日照峰值小時(shí)數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)該配置54.81Wp的光伏組件，而以月份最短日照峰值小時(shí)數(shù)進(jìn)行