新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設計課程設計

課程設計課程名稱新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設計班級專業(yè)太陽能光伏發(fā)電技術及應用學號：姓名：指導老師：提交日期：2012年6月日課程設計成果：目錄摘要………………….1關鍵詞……………….1緒論…………..21.1課程設計的基本意義……………...21.2太陽能LED路燈工作原理……….3新余市基本氣象及地理狀況………………...4LED路燈設計……………….43.1傾角、方位角……………………...43.2蓄電池容量…………43.3太陽電池組件………5工作電流……………………....5方陣輸出功率………………....6方陣功率……………………....6組件的選取…………………....6蓄電池的選取………………....6第4章設備選型……………………64.1LED燈………74.2蓄電池………...74.3太陽電池…………...84.4限制器……………...94.5路燈燈桿……………………...…..10設計總費用及性價比分析…………….…..105.1太陽能LED路燈系統(tǒng)的費用…………………...105.2性價比分析…………………...…..11、同一運用時間LED燈與節(jié)能燈的成本差………………..11、節(jié)約電費…………………….11、總的節(jié)約費用………………11參考文獻…………....12心得體會……………13新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設計摘要：隨著地球資源的日益貧乏，基礎能源的投資成本日益攀高，各種平安和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的平安、環(huán)保新能源越來越受重視。作為路燈照明設備：傳統(tǒng)的由電網(wǎng)限制的一般路燈工作受電網(wǎng)的影響特別大，而且運用的燈管運用壽命短；而太陽能LED路燈具有獨立運行的特點，不受電網(wǎng)的影響，并且LED燈運用壽命長。依據(jù)光伏系統(tǒng)的設計：選擇合適的太陽電池組件（尺寸、功率）作為太陽能LED路燈系統(tǒng)的獨立供電電源；選擇合適的光伏限制器（工作電壓、電流）限制蓄電池的充放電、負載的運行；選擇合適容量的蓄電池（Ah），白天對蓄電池充電，晚上蓄電池放電供應負載運用；選擇適量的LED燈（負載）照明，使道路交通順暢。依據(jù)系統(tǒng)的須要，運用它的工作原理，通過組裝，布線等建成一個具有可行性的光伏獨立系統(tǒng)。通過比較，可得太陽能LED路燈系統(tǒng)與一般的節(jié)能路燈系統(tǒng)相比性價比較高，所以采納太陽能LED路燈系統(tǒng)不僅經(jīng)濟適用，而且節(jié)能環(huán)保。關鍵詞：太陽能LED路燈系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、性價比、太陽電池組件、限制器、蓄電池、LED燈緒論太陽能作為一種清潔能源，具有取之不盡，用之不竭的特性，并且利用便利、平安。目前，太陽能利用有四種形式：光熱利用、光化學利用、光生物利用，光電利用。太陽能發(fā)電就屬于光電利用，隨著能源的枯竭，太陽能的利用就顯得尤為重要了，特殊是近年來興起的光伏產(chǎn)業(yè)，光伏系統(tǒng)的應用就更有必要了。本章節(jié)包括了太陽能LED路燈系統(tǒng)課程設計的基本意義和太陽能LED路燈工作原理。1.1課程設計的基本意義在世界能源短缺，環(huán)境污染日益嚴峻的今日，充分開發(fā)并利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。太陽能路燈以其不用專人管理和限制，安裝一次性投資無需日后電費開支，無需架設輸電線路或挖溝鋪設電纜，可以便利安裝在廣場、校內、公園、街道等多方面的優(yōu)點而越來越受重視。近年來隨著太陽能發(fā)電技術和LED照明技術的發(fā)展，太陽能LED路燈已進入了城市照明領域。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動、耗電量少、抗振動、壽命長、納秒級的響應速度、設計空間大、環(huán)保、可連續(xù)開關閃斷，能輕松實現(xiàn)0—100%調光功能等優(yōu)點，被認為是新一代的綠色照明設備。太陽能LED路燈是以太陽能作為能源，每個路燈均是獨立的，安裝便利，無需鋪設電纜電線，無需溝通電能和電費，采納直流供電，光控定時限制，平安牢靠、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保、運用。通過我們對太陽能LED燈系統(tǒng)的設計，不僅可以讓我們對專業(yè)相識更深刻，而且這也是我們依據(jù)學問實踐的一個很好的機會，為以后專業(yè)應用打下良好的基礎；同時，通過自己的設計，我們能夠知道：雖然太陽能LED路燈系統(tǒng)一次性投資高，但是，它穩(wěn)定，運用壽命長，須要人為操作較少，是一種真正節(jié)能、節(jié)約、環(huán)保的具有好用性的路燈系統(tǒng)。1.2太陽能LED路燈工作原理依據(jù)太陽能LED路燈工作原理圖可知它的工作原理（路燈只在黑暗的條件下工作）：當太陽光照耀在太陽電池上時，產(chǎn)生光生電流，通過限制器對蓄電池充電。黑暗中，PWM調光限制器感應光強差，蓄電池通過限制器放電供應LED路燈運用。其中PWM限制器還可以限制蓄電池過沖過放，限制負載的正常運行。新余市基本氣象及地理狀況新余位于北緯27°33′～28°05′，東經(jīng)114°29′～115°24′，取緯度A=28°，經(jīng)度115°。一般的，在我國南方地區(qū)，方陣傾角可比當?shù)鼐暥仍黾?0°—15°；在北方地區(qū)傾角可比當?shù)鼐暥仍黾?°—10°，緯度較大時，增加的角度可小一些。依據(jù)全國各大主要城市的緯度及輻射量，可得出與新余市相近南昌市的緯度及輻射量等狀況。（如下表）城市緯度日輻射量（Ht）斜面日輻射量修正值kop南昌28．679640依據(jù)新余市氣象賜予的條件，可得到最大連續(xù)陰雨天數(shù)取5天（d）；而且一年中最低溫度不超過—10°LED路燈設計太陽能LED路燈系統(tǒng)的設計須要考慮組件的傾角、方位角；蓄電池的容量；以及太陽電池組件的功率。3.1傾角、方位角傾角：取緯度A=28°，方陣的傾角為B=A+12°=40°。方位角：太陽光的傳輸路途在水平面投影與入射點的正南方向夾角。一天負荷的峰值時刻為13時，經(jīng)度取115°。方位角=[一天負荷的峰值時刻（24小時制）-12]*15+（經(jīng)度-116）=[（13-12）*15+（115-116）]°=（15-1）°=14°3.2蓄電池容量蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿意夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿意連續(xù)陰雨天夜晚照明須要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿意夜晚照明的須要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時造成奢侈。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（路燈）相匹配。在太陽能LED路燈系統(tǒng)中選取12V/36W的路燈，以滿意照明的須要，則每天耗電量：Q=I*h=36*10/12=30Ah選擇蓄電池容量：選蓄電池容量為5天（最大連續(xù)陰雨天數(shù)），放電深度（最低溫度不超過零下10度）a=0.8；C=10*Q/a=5*30/0.8=187.5Ah依據(jù)蓄電池的規(guī)格，取C=200Ah。已知負載電壓為12V，蓄電池組的總容量為200Ah，選用12V/100Ah的免維護鉛酸蓄電池。須要串聯(lián)的電池數(shù)：N1=12V/12V=1（個）須要并聯(lián)的電池數(shù)：N2=200Ah/100Ah=2（個）所以該光伏系統(tǒng)須要運用12V/100Ah的蓄電池個數(shù)為：N=N1*N2=1*2=2（個）3.3太陽電池組件工作電流因為南昌市和新余市地理位置較近，斜面日輻射量取13714（南昌市全年平均太陽輻射總量HT），，單位化成Wh/m2，除以標準日光強即求出平均日照時數(shù)：Tm=（HTWh/m2）/（1000W/m2）=（378.5/100）h=3.79h則方陣應輸出的最小電流為：Im=Q/（Tm*n1*n2）=30/（3.79*0.9*0.9）A=9.77A方陣輸出電壓單只鉛酸蓄電池工作電壓為2V，故需6只單體電池串聯(lián)才可滿意系統(tǒng)的工作電壓12V。每只單體鉛酸蓄電池的工作電壓為：2.0—2.35V，取線路壓降：Va=0.8V，則方陣工作電壓為：V=Vf+Vd=6*2.35+0.8=15V方陣功率設太陽電池的最高溫度為60P=Im*V/[1-a（tmax-25）]=9.77*15/[1-0.5%（60-25）]=177.6W組件的選取取P=200W，所以，最終取太陽電池方陣的輸出功率為200W，可用2塊100W/18V的組件并聯(lián)組成。蓄電池的選取蓄電池容量為12V，200Ah，只要用2只12V/100Ah的鉛酸蓄電池并聯(lián)連接起來，即可滿意要求。設備選型設計一個太陽能LED路燈系統(tǒng)，選取設備時要考慮設備的品牌、型號、運用壽命、各項參數(shù)，以及價格。LED燈LED是英文lightemittingdiode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到愛護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。LED燈有比較常見大功率的單顆有1、3、5、8、10W。大功率LED采納單顆功率大于1W以上的LED。由于LED路燈的發(fā)光效果比白熾燈、節(jié)能燈要好，依據(jù)城市道路照度的須要，我們選取燈桿的高度為8m（城市建設常用），依據(jù)高度和照度、亮度的須要，選取36W的LED燈。依據(jù)須要，查閱相關資料，我們采納的LED燈為：產(chǎn)品品牌：36WLED太陽能道路燈產(chǎn)品型號：X2-B36W產(chǎn)品參數(shù)：輸入電壓DC12VLED顆數(shù)

3

單顆功率

12W燈頭功率36W

安裝高度6-8m光斑

圓形

工作溫度—30℃~50℃運用壽命42000Hrs（11年多）

燈體與燈罩鋁合金與鋼化玻璃規(guī)格尺寸75*35*21cm

凈重4.6Kg一個12V/36W的太陽能道路燈的價格是500元蓄電池太陽能供電系統(tǒng)中，蓄電池的性能好壞干脆影響系統(tǒng)的綜合成本及運行好壞和運用壽命。蓄電池可分為：酸性蓄電池和堿性蓄電池。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，目前最受歡迎的是免維護鉛酸蓄電池，正規(guī)名稱叫閥控式密封鉛酸蓄電池。該蓄電池具有的特點是：密封性、免維護、平安牢靠、長壽命設計、性能高、溫度適應性強、運用和運輸平安簡便、經(jīng)濟實惠。依據(jù)以上條件查閱資料，選取合適的蓄電池：產(chǎn)品品牌：德國3A產(chǎn)品型號：12V/100Ah額定電壓:12V額定容量:100Ah參考重量:約32.00Kg工作溫度:運用壽命:8－10年充電時間:6—12h內阻小≤4.4，大電流放電性能好；外形尺寸:長:407mm寬:173mm該德國3A12V/100Ah蓄電池的價格是450元。太陽電池組件太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射實力轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較好用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光足夠日照好的東西部地區(qū)，采納多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡潔，價格比單晶低。依據(jù)須要，查閱相關資料，選取合適的組件：品牌：兆天太陽能型號：100W/18V多晶輸出電壓：18（V）主機輸出容量：100W規(guī)格：1150*675MM運用壽命

：25—30年峰值電壓：17.8伏峰值電流：6.29安

開路電壓：21.6伏短路電流：6.91安實物重量：10.5KG包裝重量：12.0KG標準測試條件下（溫度25度，AM1.5,1000w/m2下測試出來的）因此，一個100瓦/18伏太陽電池的費用是1050元。PWM限制器太陽能充放電限制器的主要作用是愛護蓄電池。基本功能必需具備過充愛護、過放愛護、光控、時控與防反接等。無論太陽能燈具大小，一特性能良好的充電放電限制器是必不行少的。為了延長蓄電池的運用壽命，必需對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的限制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能限制器應兼有路燈限制功能，具有光控、時控功能，并應具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。依據(jù)須要，查閱相關材料，選取合適的限制器：（因為太陽能路燈是在可照度不高的環(huán)境下工作的，所以對限制器的要求具有肯定的感光性）SW-10/12V30A雙路雙負載PWM調光太陽能限制器品牌:

勝偉型號:

SW-10技術指標：型號: SW-10 總額定充電電流: 30A 總額定負載電流: 30A系統(tǒng)電壓:12VAUTO；空載損耗: ≤4.5mA超壓愛護:17V，×2/24V；工作溫度: 工業(yè)級：-35℃至+55℃欠壓電壓: 12.0V；×負載調光模式：正脈沖PWM調光選擇一個12V/30A的綠色環(huán)保節(jié)能SW-10/12V30A雙路雙負載PWM調光太陽能限制器須要160元。（由于太陽電池輸出的最小電流19.5V，為了系統(tǒng)的平安，故選取較大的30A光伏限制器）4.5路燈燈桿品牌：仙居縣宇光照明器材廠燈桿高度燈型臂長(m)燈桿口徑(mm)壁厚(mm)配用法蘭(mm)配用羅栓(mm)報價（元）8米單臂1.270-1603.5δ12*300M18880第五章總費用及性價比考慮太陽能LED路燈系統(tǒng)和節(jié)能路燈系統(tǒng)的總費用，比較它們的總費用和運用壽命，以及對工作環(huán)境的要求，對它們進行定量的分析，得出牢靠的性價比，以確定以后路燈的建設。5.1太陽能LED路燈系統(tǒng)的費用總費用等于光伏系統(tǒng)（太陽電池組件2塊、蓄電池2箱、限制器1臺）、LED燈、燈桿費用的總和，即S=（2*1050+2*450+160）+500+880=4540（元）5.2性價比分析5.2.1同一運用時間LED太陽能LED路燈系統(tǒng)可以運用10年，而6U/120W(黃光）E40節(jié)能燈路燈（120W，5000h，115元。燈殼120元，運用壽命10年以上）的運用壽命是5000h。（最短壽命設備蓄電池：10年）。成本差：S1=10*365*10/5000*115+120-500=540（元）5.2.2S2=節(jié)能燈功率*工作時間*1元=120*10*365*10/1000*1=4380（元）電費收取10年，1度=1000Wh，一元錢一度電5.2.3總的S3=[節(jié)能燈價格總的價格-LED燈價格]+節(jié)約電費-[LED燈系統(tǒng)建設費用-LED燈和燈桿系統(tǒng)建設費用]=4380+540-（4540-500-880）=1760元另解：節(jié)約費用用節(jié)能路燈系統(tǒng)的10年費用減去太陽能LED路燈系統(tǒng)的10年費用，即：S節(jié)能燈=節(jié)能燈的費用+燈桿的費用+電費=1040+880+4380=6300元SLED=LED燈的費用+燈桿的費用+光伏系統(tǒng)的費用（太陽電池組件、限制器、蓄電池）=500+880+2100+160+900=4540元所以，節(jié)約費用=S節(jié)能燈-SLED=6300-4540=1760元太陽能LED路燈系統(tǒng)、節(jié)能路燈（10年）性價比一覽表：太陽能LED路燈系統(tǒng)節(jié)能路燈系統(tǒng)燈（10年）12V/36W，500元120W，5000H，8只，1040元燈桿8m，880元8m，880元蓄電池12V/100Ah，2箱，900元PWM調光限制器12V/30A，1臺，160元太陽電池組件100W/18V，2塊，2100元電費（10年）4380元總費用（10年）4540元6300元節(jié)約費用（10年）1760元由上表可知，各種光伏設備組成的太陽能LE