太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告范文

年4月19日太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告文檔僅供參考太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)—照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：本文介紹一種基于光伏發(fā)電的多電源智能管理系統(tǒng)——太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)，從根本上對(duì)太陽(yáng)能得到全面的了解，掌握太陽(yáng)能照明的優(yōu)勢(shì)，并闡述了太陽(yáng)能路燈與普通路燈的本質(zhì)區(qū)別，從中了解到太陽(yáng)能是一種潛力無(wú)限的清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源，是全人類節(jié)能環(huán)保的首選。本文還對(duì)太陽(yáng)能路燈照明的太陽(yáng)能電池，蓄電池，支架等各方面作了一個(gè)詳細(xì)的分析，比較，再根據(jù)光伏發(fā)電的原理特性，系統(tǒng)采用了智能化控制器，對(duì)智能控制器編程序，使得程序能夠滿足太陽(yáng)能LED路燈的自動(dòng)蓄電，自動(dòng)照明，自動(dòng)熄滅等一系列工作過(guò)程，使太陽(yáng)能照明更加智能化。最后，本文還舉出例子，對(duì)現(xiàn)在正使用的太陽(yáng)能路燈進(jìn)行了分析，研究，明確太陽(yáng)能發(fā)展的趨勢(shì)及前景。關(guān)鍵字：光伏發(fā)電，太陽(yáng)能，節(jié)能環(huán)保，智能控制1緒論1.1太陽(yáng)能照明是發(fā)展的趨勢(shì)太陽(yáng)的能源非常巨大，能夠說(shuō)太陽(yáng)能是真正取之不盡、用之不竭的能源。利用太陽(yáng)能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性在很多情況下要優(yōu)于常規(guī)的供電方式。太陽(yáng)能照明本質(zhì)上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，專業(yè)領(lǐng)域稱為“硅晶片地面光伏組件”。其工作原理是經(jīng)過(guò)硅晶片接收太陽(yáng)光線后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽缓髢?chǔ)存在蓄電池中，再由光感開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)天黑時(shí)能夠自動(dòng)點(diǎn)亮，天亮?xí)r又自動(dòng)熄滅。太陽(yáng)能燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種應(yīng)用產(chǎn)品，憑借其節(jié)能、環(huán)保、無(wú)需布線、自動(dòng)控制、隨時(shí)變換位置等優(yōu)點(diǎn)，在照明行業(yè)中樹立起神圣的地位。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在民用方面首先應(yīng)用在照明燈具上。據(jù)了解，太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)已被越來(lái)越多的人所接受。作為太陽(yáng)能應(yīng)用的系列產(chǎn)品之一，太陽(yáng)能燈具一直是各方研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。在已有技術(shù)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員與廠商集思廣益，在諸多方面取得了突破性進(jìn)展，為太陽(yáng)能燈最終走向千家萬(wàn)戶打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。專家預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能照明在未來(lái)十年后將會(huì)普及，成為未來(lái)照明行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。1.2太陽(yáng)能路燈與普通路燈相比較1.大陽(yáng)能路燈的造價(jià)其實(shí)不高，因其使用壽命長(zhǎng)，比普通路燈更劃算2.偷盜難，也不劃算，太陽(yáng)能路燈燈桿一般都在8米高以上，偷盜電線不合算2設(shè)計(jì)思路太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理相同，因而太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)思路也可依據(jù)一般的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽(yáng)電池組件的功率，然后計(jì)算蓄電池的容量。但太陽(yáng)能路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意。太陽(yáng)能路燈是一種利用太陽(yáng)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(yáng)光充分就能夠就地安裝等特點(diǎn)，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(yáng)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(yáng)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(wèn)題。現(xiàn)本人想設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能路燈的電路.白天充電靠太陽(yáng)能電池吸收光能產(chǎn)生電能.而LED照明熄滅.夜晚LED點(diǎn)亮進(jìn)行照明.并有電路保護(hù)電池不會(huì)過(guò)充過(guò)放。3太陽(yáng)能路燈的組成原理框圖及其工作原理3.1太陽(yáng)能路燈的組成太陽(yáng)能路燈由太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、電源控制器、光源等組成。如圖3.1圖3.1太陽(yáng)能原理方框3.2太陽(yáng)能路燈的工作原理太陽(yáng)能光伏發(fā)電是依靠太陽(yáng)能電池組件，利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體PN結(jié)上，由于P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生了較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢(shì)壘區(qū)外但擴(kuò)散進(jìn)勢(shì)壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場(chǎng)的作用下，各自向相反方向運(yùn)動(dòng)，離開勢(shì)壘區(qū)，結(jié)果使P區(qū)電勢(shì)升高，N區(qū)電勢(shì)降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致上能夠分為兩類，一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個(gè)小型的發(fā)電廠；另一類是獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)光伏數(shù)組將接收來(lái)的太陽(yáng)輻射能量經(jīng)過(guò)高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過(guò)逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。而獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)光伏數(shù)組首先會(huì)將接收來(lái)的太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載，并將多余能量經(jīng)過(guò)充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池中。白天的時(shí)候，太陽(yáng)能電池吸收太陽(yáng)光子能產(chǎn)生電能，經(jīng)過(guò)控制器吧電能儲(chǔ)存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或者燈具周圍的廣度較低時(shí)，蓄電池經(jīng)過(guò)控制器向光源供電設(shè)定的時(shí)間后切斷，這樣就能夠照明了。4各部件的組成及工作原理4.1硅太陽(yáng)能電池工作原理與結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)，如圖4.1。圖4.1圖4.1中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。當(dāng)硅晶體中摻入其它的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴。當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源，如圖4.5所示。

圖4.5由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在經(jīng)過(guò)p－n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能經(jīng)過(guò)，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)，以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜，將反射損失減小到5％甚至更小。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（一般是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來(lái)使用，形成太陽(yáng)能光電板。4.2蓄電池的組成及工作原理太陽(yáng)能照明必須配備蓄電池才能工作，這是因?yàn)椋海?）太陽(yáng)能電池只能在白天進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化工作，電能在夜晚才能用于照明，因此必須儲(chǔ)備在蓄電池內(nèi)，儲(chǔ)備的容量要足夠當(dāng)?shù)剡B續(xù)幾個(gè)陰天的照明需要。（2）太陽(yáng)能電池板的輸出能量極不穩(wěn)定，配備蓄電池后，太陽(yáng)能燈等負(fù)荷才能正常工作。由于太陽(yáng)能路燈采用的是鉛酸蓄電池，因此這里只對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行分析。鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下：1.充電：蓄電池從其它直流電源獲得電能叫做充電。充電時(shí)，在正、負(fù)極板上的硫酸鉛會(huì)被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，同時(shí)在負(fù)極板上產(chǎn)生氫氣，正極板產(chǎn)生氧氣。電解液中酸的濃度逐漸增加，電池兩端的電壓上升。當(dāng)正、負(fù)極板上的硫酸鉛都被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，充電就結(jié)束了。在充電時(shí)，在正、負(fù)極板上生成的氧和氫會(huì)在電池內(nèi)部“氧合”成水回到電解液中。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：（正極）

（電解液）

（負(fù)極）

（正極）（電解液）

（負(fù)極）PbSO4

+2H2O

+

PbSO4

→PbO2

+2H2SO4

+

Pb（充電反應(yīng)）(硫酸鉛)

（水）

（硫酸鉛）2.放電蓄電池對(duì)外電路輸出電能時(shí)叫做放電。蓄電池連接外部電路放電時(shí)，硫酸會(huì)與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成化合物“硫酸鉛”，放電時(shí)間越長(zhǎng)，硫酸濃度越稀薄，電池里的“液體”越少，電池兩端的電壓就越低?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：（正極）

（電解液）

（負(fù)極）（正極）（電解液）（負(fù)極）PbO2

+2H2SO4

+

Pb→PbSO4

+2H2O+PbSO4

（放電反應(yīng)）(過(guò)氧化鉛)（硫酸）

（海綿狀鉛）從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中能夠看出，鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)”。在蓄電池剛放電結(jié)束時(shí)，正、負(fù)極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的硫酸鉛是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細(xì)密的結(jié)晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過(guò)程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會(huì)重新還原成二氧化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充分電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)存電能和釋放電能的功能。4.3電源控制器的組成及工作原理4.3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖4.6所示，該以STC12C5410AD單片機(jī)為核心，外圍電路主要由電壓采集電路、負(fù)載輸出控制與檢測(cè)電路、LED顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽(yáng)能電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽(yáng)能光線強(qiáng)弱的識(shí)別及蓄電池電壓的獲取。單片機(jī)的P3口的兩位作為鍵盤輸入口，用于工作模式參數(shù)的設(shè)置。圖4.6蓄電池電壓采集，用于蓄電池工作電壓的識(shí)別。利用微控制器的PWM功能，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理。蓄電池開路保護(hù)：萬(wàn)一蓄電池開路，若在太陽(yáng)能電池正常充電時(shí)，控制器將關(guān)斷負(fù)載，以保證負(fù)載不被損傷，若在夜間或太陽(yáng)能電池不充電時(shí)，控制器由于自身得不到電力，不會(huì)有任何動(dòng)作。4.3.2電壓采集與電池管理太陽(yáng)能電池板電壓采集用于太陽(yáng)光線強(qiáng)弱的判斷，因而能夠做為白天、黃昏的識(shí)別信號(hào)。同時(shí)本系統(tǒng)支持太陽(yáng)能板反接、反充保護(hù)。蓄電池電壓采集用于蓄電池工作電壓的識(shí)別。利用微控制器PWM功能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理。若太陽(yáng)能電池正常充電時(shí)蓄電池開路，控制器將關(guān)斷負(fù)載，以保證負(fù)載不被損傷，若在夜間或太陽(yáng)能電池不充電時(shí)蓄電池開路，控制器由于自身得不到電力，不會(huì)有任何動(dòng)作。當(dāng)充電電壓高于保護(hù)電壓（15V）時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷對(duì)蓄電池的充電；此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓（13.2V）時(shí)，蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀诰S護(hù)電壓（13.2V）后浮充關(guān)不，進(jìn)入均充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓（11V）時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載開關(guān)以保護(hù)蓄電池不受損壞。經(jīng)過(guò)PWM充電電路，可使太陽(yáng)能電池板發(fā)揮最大功效，提高系統(tǒng)充電效率。本系統(tǒng)支持蓄電池的反接、過(guò)充、過(guò)放。4.3.3負(fù)載輸出控制與檢測(cè)電路本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩路負(fù)載輸出，每路輸出均有獨(dú)立的控制于檢測(cè)，具有完善的過(guò)流、短路保護(hù)措施，電路原理如圖4.7所示。圖4.7注：P1.6為單片機(jī)18引腳；P1.7為單片機(jī)19引腳；P3.2為單片機(jī)6引腳負(fù)載過(guò)流及短路保護(hù)：設(shè)計(jì)了兩級(jí)保護(hù)。第一級(jí)采用了R7(0.01Ω康銅絲)以及運(yùn)放LM358、比較器LM393等器件組成的過(guò)流、短路檢測(cè)電路配合單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換及外部中斷響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里使用了硬件+軟件的方式，LM358的輸出送P1.7(A/D轉(zhuǎn)換)口，用作過(guò)流信號(hào)識(shí)別，當(dāng)電流超過(guò)額定電流20%并維持30s以上時(shí)，確認(rèn)為過(guò)流；短路電流整定為10A，響應(yīng)時(shí)間為毫秒數(shù)量級(jí)。第二級(jí)采用了電子保險(xiǎn)絲保護(hù)，當(dāng)流經(jīng)電子保險(xiǎn)絲的電流驟然增加時(shí)，溫度隨之上升，其電阻大大增加，工作電流大幅降低，達(dá)到保護(hù)電路目的，響應(yīng)時(shí)間為秒數(shù)量級(jí)，過(guò)流撤消或短路恢復(fù)后電子保險(xiǎn)絲恢復(fù)成低阻抗導(dǎo)體，無(wú)須任何人為更換或維修。系統(tǒng)采用了兩級(jí)保護(hù)措施后，在長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)時(shí)間負(fù)載短路實(shí)驗(yàn)后，控制器仍沒(méi)出現(xiàn)電路燒毀現(xiàn)象。解決了用傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲只能對(duì)電路進(jìn)行一次性保護(hù)，一旦燒毀必須人為更換的問(wèn)題，同短路后需手動(dòng)復(fù)位或斷電后重新開啟的系統(tǒng)相比，也具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了維護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性能。4.3.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1..單片機(jī)軟件編程本設(shè)計(jì)方案的硬件電路對(duì)應(yīng)的軟件程序包括：主程序、定時(shí)中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、外部中斷子程序及鍵盤處理子程序、充電管理子程序、負(fù)載管理子程序。單片機(jī)的軟件編程上，以KeilC編譯器的Windows集成開發(fā)環(huán)境μvision2作為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫。按鍵處理流程如圖4.8所示，電壓檢測(cè)子程序如圖4.9所示。圖4.8按鍵程序流程圖圖4.9電壓檢測(cè)子程序流程圖ADS子程序INT8UADC(INT8Unumber)using2{number=number&0x0.7；//通道號(hào)不超過(guò)7ADS_CONTR=ADS_CONTRe0；//清ADC_FLAG、AD不啟動(dòng)While（（ADS_CONTR&0x10）=0x10）；等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束return（ADC_DATA）；//結(jié)束返回}外部0中斷響應(yīng)子程序voidservise_TNTO0interrupt0using1{if（P3_2）//高電平，認(rèn)為是干擾信號(hào)觸發(fā)中斷returndelay1（5000）；//10ms延時(shí)if（P3_2=0）{load_switch_1=LSTOP；//負(fù)載開關(guān)1關(guān)LOOP1_DL=1；置負(fù)載短路標(biāo)志}}這個(gè)太陽(yáng)能路燈控制器可適用12V或24V工作光伏系統(tǒng)，能夠直接驅(qū)動(dòng)只留節(jié)能燈或經(jīng)過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)無(wú)極燈等作為照明光源，也能夠驅(qū)動(dòng)一些直流低壓負(fù)載用于城市亮化。控制器的兩路負(fù)載輸出能夠用于電動(dòng)車道和人行道的照明，照明時(shí)間和工作模式能夠靈活設(shè)置。著重解決了如何對(duì)蓄電池及負(fù)載進(jìn)行有效管理問(wèn)題，提高了太陽(yáng)能電池板的使用效率，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，防止因線路問(wèn)題而造成的意外事件的發(fā)生。4.4各數(shù)據(jù)計(jì)算4.4.1太陽(yáng)能電池組件計(jì)算設(shè)計(jì)要求：負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時(shí)數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。（1）湖州地區(qū)近二十年年均輻射量Kcal/cm2，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算湖州地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h；（2）負(fù)載日耗電量=12.2AH（3）所需太陽(yáng)能組件的總充電電流=1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=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(yáng)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。（4）太陽(yáng)能組件的最少總功率數(shù)=17.2×5.9=102W選用峰值輸出功率110Wp、兩塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該能夠保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。4.4.2蓄電池計(jì)算蓄電池設(shè)計(jì)容量計(jì)算相比于太陽(yáng)能組件的峰瓦數(shù)要簡(jiǎn)單。根據(jù)上面的計(jì)算知道，負(fù)載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，能夠連續(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×（7+1）=97.6（AH），選用2臺(tái)12V100AH的蓄電池就能夠滿足要求了。4.4.3太陽(yáng)能電池組件支架1.傾角設(shè)計(jì)為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，我們要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。關(guān)于太陽(yáng)能電池組件最佳傾角問(wèn)題的探討，近年來(lái)在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈使用地區(qū)為廣州地區(qū)，選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。2.抗風(fēng)設(shè)計(jì)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)?？癸L(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)。下面按以上兩塊分別做分析。（1）太陽(yáng)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(yáng)能電池組件能夠承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級(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。因此，組件本身是完全能夠承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。因此，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。（2）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δ=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(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）/tan16o]×Sin16o=1545mm=1.545m。因此，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(jì)最大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數(shù)，F(xiàn)=1.3×730=949N。因此，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=π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩W=π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）=π×（3×842×4＋3×84×42＋43）=88768mm3=88.768×10-6m風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力=M/W=1466/（88.768×10-6）=16.5×10-6pa=16.5Mpa＜＜215Mpa，其中，215Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。因此，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。5太陽(yáng)能路燈的實(shí)際應(yīng)用日前，浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局審核經(jīng)過(guò)了由湖州勤上光電股份有限公司提出并組織起草的《浙江省太陽(yáng)能LED燈地方標(biāo)準(zhǔn)》，將于7月1日起實(shí)施?！耙郧皼](méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)什么、怎么生產(chǎn)、產(chǎn)品達(dá)到什么技術(shù)要求沒(méi)有明確規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，行業(yè)門坎提高了，肯定要淘汰一批不符合標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，企業(yè)要做好準(zhǔn)備?！眹?guó)家照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)人表示，標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)將使太陽(yáng)能即將實(shí)施的《浙江省太陽(yáng)能LED燈地方標(biāo)準(zhǔn)》是中國(guó)大陸地區(qū)LED行業(yè)首個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)，適用于250V以下直流電源或1000V以下交流供電的道路、街路、隧道照明和其它室外公共場(chǎng)所照明用太陽(yáng)能LED燈。對(duì)于照明領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這是一次不小的革命。本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能路燈的總電路圖如圖5.1所示，其工作原理：太陽(yáng)照射在硅光板上，太陽(yáng)能電池開始工作，使二極管D1跟三極管Q1工作，蓄電池開始蓄電，待蓄電池蓄電完畢后，根據(jù)程序的設(shè)定，Q1反作用，停止蓄電；到晚上天色昏暗時(shí)，設(shè)定的程序啟動(dòng)，使蓄電池開始放電，二極管D2，D3，D4，D5，導(dǎo)通，三極管Q2，Q3工作，使LED燈照明，直到第二天早上，預(yù)先設(shè)定的程序又作用，使LED燈熄滅；當(dāng)有太陽(yáng)照射硅光板的時(shí)候，蓄電池又開始蓄電，這樣，無(wú)限的循環(huán)，就能夠使路燈自動(dòng)蓄電，自動(dòng)照明，自動(dòng)熄滅，大大減少了人力物力，而且這樣的設(shè)計(jì)，能節(jié)約更多的電能。圖5.1太陽(yáng)能路燈的總電路圖如圖5.2所示，下面是本次設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用例子。圖5.2頭頂太陽(yáng)能板，曬一天太陽(yáng)能照明6天的新式太陽(yáng)能路燈，近期出現(xiàn)在了肇慶園區(qū)星港街上。從園區(qū)城管部門了解到，今年園區(qū)將改造多處路燈，推廣綠色照明。在基本完成改造的湖濱街上能夠看到一批造型簡(jiǎn)潔的新式太陽(yáng)能路燈已經(jīng)豎立了起來(lái)。據(jù)路燈施工方相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，這批路燈頭頂有一塊太陽(yáng)能板，將光能轉(zhuǎn)換為電能后自動(dòng)存儲(chǔ)在路燈的蓄電池中。太陽(yáng)能板曬一天太陽(yáng)后，能夠在蓄電池內(nèi)儲(chǔ)存供路燈正常工作6天所需的電量，即使接下來(lái)6天都是陰雨天，路燈照樣還能亮起來(lái)。為了保證路燈的照度，這批太陽(yáng)能路燈還安裝了一個(gè)特殊的控制轉(zhuǎn)換器，當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電不能滿足路燈照明需要時(shí)就會(huì)自動(dòng)切換到普通電源。有了太陽(yáng)能板、蓄電池和控制轉(zhuǎn)換器的路燈，在造價(jià)上自然比普通路燈要貴一些。據(jù)該負(fù)責(zé)人介紹，星港街沿線共要安裝1500套太陽(yáng)能路燈，部分景觀帶上的照明燈也將使用太陽(yáng)能燈。從園區(qū)城管部門了解到，今年園區(qū)將著手改造部分道路照明，全部使用節(jié)能燈具和綠色能源。首期老路燈改造，要把園區(qū)8到10條主要道路的老式路燈燈頭更換為L(zhǎng)ED路燈燈頭，預(yù)計(jì)可節(jié)電三分之二。另外，中新科技城今年也將改造安裝太陽(yáng)能LED路燈3500套。園區(qū)在亮化工程建設(shè)中，將盡可能地采用以LED為主的節(jié)能型光源和燈具，可比傳統(tǒng)光源節(jié)能約30%。據(jù)了解到，在廈門，北京，甘肅，上海，廣東等城市也開始著手安裝新式的太陽(yáng)能LED燈，這對(duì)中國(guó)推行節(jié)能照明邁出了一大步。結(jié)論整體設(shè)計(jì)基本上考慮到了各個(gè)環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計(jì)與蓄電池容量選型設(shè)計(jì)采用了當(dāng)前最通用的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計(jì)從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；路燈整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約而美觀；經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。

當(dāng)前，太陽(yáng)能LED照明的初投資問(wèn)題依然是困擾我們的一個(gè)主要問(wèn)題。可是，太陽(yáng)能電池光效在逐漸提高，而價(jià)格會(huì)逐漸降低，同樣地市場(chǎng)上LED光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽(yáng)能的可再生、清潔無(wú)污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，而且使用后對(duì)環(huán)境會(huì)