太陽能LED路燈項目實施方案.docVIP

太陽能LED燈實施方案一、項目實施步驟一、需求分析（略）二、功能分析LED太陽能燈，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長，免維護等優(yōu)點，光源可以采用幾百顆高亮度LED組成，內置路燈控制器（光控、時控）及LED恒流驅動器，用戶只需要連接燈桿、蓄電池，就可以完成太陽能路燈的組裝生產。產品適用于小區(qū)道路、庭院、工業(yè)園區(qū)及新農村亮化工程的照明。太陽能LED燈不需要外接220V電源，提高安全性。采用太陽能作為驅動。每個LED燈組都配置一個單獨的太陽能電池板，該電池板能夠使電池在陽光充足的條件下充電?？梢詫⑺鼈兎胖迷诩议T口，信箱上，柱子等白天或者夜晚需要高亮度照明的地方。燈的電池不需要直接的太陽光，僅僅需要對著天空即可。只要有太陽光，燈的電池就可以自動充電，同時，日落之后燈就會自動發(fā)亮。不需要保養(yǎng)，不需要更換電池，不需要更換燈泡。燈的特點： 1.采用太陽能驅動，不需要電力2.采用LED為光源，不需要更換燈泡3.電池在充足電之后可以維持發(fā)光4.燈可以自動啟動和關閉5.具備良好的防水和耐環(huán)境侵蝕的性能2.1、系統組成太陽能LED燈指的是用太陽能電池板作為能源采集方式替代傳統的市電接入方式，采集太陽能轉換為電能存儲到蓄電池，在需要照明時驅動照明設備，這里的照明設備采用高亮度LED替代傳統的照明燈。產品由四大部分組成，即：1） 太陽能采集和轉換部分太陽能板；2） 電能存儲部分蓄電池；3） 照明部分高亮度LED燈4） 控制電路；5） 其它如支撐部件，控制箱燈。太陽能板蓄電池LED燈控制電路指示燈指示燈指示燈圖3 系統電氣連接示意圖組件功能類型太陽能電池板利用光伏效應將太陽能轉換為電能單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池（總稱晶體硅太陽電池）和非晶硅太陽電池電池存儲電能有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種，主要是第一個，普通鉛酸蓄電池需要維護，而堿性鎳鎘蓄電池較貴LED燈照明白色，彩色，單個大功率或多個小功率電路過充、過放保護，光控、時控，防反接，LED恒流驅動單片機或比較器方式其它提供物理支撐，連線等燈架，控制箱，連線表1、 部件功能2.2、系統部件指標：1、太陽能電池板指標：l 材料（單晶硅，多晶硅，非晶體）；非晶硅l 光電效率；l 價位； 30元/Wl 峰值電壓；17.5l 接口；l 工作壽命l 工作電流l 太陽能板的面積、重量l 工作條件（溫度、濕度范圍）-20度80度使用單晶和多晶的電池片，功率從 1W 到 190W 。電池片的厚度大約在 200-350 微米，使用高透光的鋼化玻璃和 TPT ，保證組件在惡劣環(huán)境下的良好性能。組件用電鍍的鋁型材框架便于安裝和攜帶，組件邊框和電池片之間的距離確保抵御氣候變化的影響，同時保證組件的最經濟尺寸。 2、 電池指標：l 過充電壓14.4V+ -0.2Vl 容量 50AHl 無電時的電壓l 接口（連線標準）l 太陽能電池對電池充電的開關控制方式（放電-待機-充電）l 電池的品種 免維護鉛酸電池l 價位l 工作壽命l 工作條件3、 LED燈：l 實現方式 l 色彩l 價位 17元/Wl 功耗l 電路形式4、控制電路：太陽能LED系統的控制電路需要具備以下四大功能：l 充放電控制功能l 路燈控制功能：時控、光控l LED驅動l 其他輔助功能。另外，還需要有以下的特別功能： 1：太陽能板、蓄電池、負載反接無憂設計。 絕對不用燒保險絲的辦法來保護電路。2：智能電子保險絲設計 具有過流保護、過溫保護（特有）功能。 3：大過流率TVS雷擊保護以上三項保護措施，可以使產品更可靠。 具體技術數據有：l 12V, 24Vl 防蓄電池反接l 防太陽能板反接 l 防負載反接 l 蓄電池過充保護 l 蓄電池過放保護 l LED燈恒流驅動l 負載短路保護 l 智能充電算法 l 溫度補償(選件) l 系統狀態(tài)指示 l 內置微控制器 l 路燈控制時控(4-10小時，0：無定時)，光控 三、實現1、 類似產品資料收集，市場分析；2、 產品分析，原理分析；3、 電路設計；4、 試驗；5、BOM表，詢價，試生產二、項目研制分析太陽照在地面太陽能電池方陣上的輻射光的光譜、光強受到大氣層厚度(即大氣質量)、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等的影響,其能量在一日、一月和一年內都有很大的變化,甚至各年之間的每年總輻射量也有較大的差別。太陽能電池方陣的光電轉換效率,受到電池本身的溫度、太陽光強和蓄電池電壓浮動的影響,而這三者在一天內都會發(fā)生變化,所以太陽能電池方陣的光電轉換效率也是變量。蓄電池組也是工作在浮充電狀態(tài)下的,其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的變化而變化.蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。太陽能電池充放電控制器由電子元器件制造而成,它本身也需要耗能,而使用的元器件的性能、質量等也關系到耗能的大小,從而影響到充電的效率等。負載的用電情況,也視用途而定,如通信中繼站、無人氣象站等,有固定的設備耗電量.而有些設備如燈塔、航標燈、民用照明及生活用電等設備,用電量是經常有變化的。因此,太陽能電源系統的設計,需要考慮的因素多而復雜.特點是:所用的數據大多為以前統計的數據,各統計數據的測量以及數據的選擇是重要的。設計者的任務是:在太陽能電池方陣所處的環(huán)境條件下(即現場的地理位置、太陽輻射能、氣候、氣象、地形和地物等),設計的太陽能電池方陣及蓄電池電源系統既要講究經濟效益,又要保證系統的高可靠性。某特定地點的太陽輻射能量數據,以氣象臺提供的資料為依據,供設計太陽能電池方陣用.這些氣象數據需取積累幾年甚至幾十年的平均值。地球上各地區(qū)受太陽光照射及輻射能變化的周期為一天24h.處在某一地區(qū)的太陽能電池方陣的發(fā)電量也有24h的周期性的變化,其規(guī)律與太陽照在該地區(qū)輻射的變化規(guī)律相同.但是天氣的變化將影響方陣的發(fā)電量.如果有幾天連續(xù)陰雨天,方陣就幾乎不能發(fā)電,只能靠蓄電池來供電,而蓄電池深度放電后又需盡快地將其補充好.設計者多數以氣象臺提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時數的平均值作為設計的主要數據.由于一個地區(qū)各年的數據不相同,為可靠起見應取近十年內的最小數據.根據負載的耗電情況,在日照和無日照時,均需用蓄電池供電.氣象臺提供的太陽能總輻射量或總日照時數對決定蓄電池的容量大小是不可缺少的數據。對太陽能電池方陣而言,負載應包括系統中所有耗電裝置(除用電器外還有蓄電池及線路、控制器等)的耗量。方陣的輸出功率與組件串并聯的數量有關,串聯是為了獲得所需要的工作電壓,并聯是為了獲得所需要的工作電流,適當數量的組件經過串并聯即組成所需要的太陽能電池方陣。一、蓄電池組容量設計1.1 蓄電池種類后備式蓄電池通常用在UPS系統中，他不適合長期充放電，但是，他可以極大程度的極限放電，比如UPS在短電后，為了保持輸出供應，在全速維持著系統運轉，他絕對不允許蓄電池中途沒電了或者放不光，否則柴油引擎等還沒有來得及啟動可能電力就中斷了，這種事對于數據中心等場合，造成的后果可能是整個國家甚至全世界的網絡癱瘓。而動力型蓄電池，比如電動車的就是，適合經常充電和放電，而且擁有比較強的放電能力，持續(xù)大電流放電的性能的 啟動型蓄電池就是通常見的那些，比如汽車等，他低溫性能會比較好，可以在瞬間釋放大量的電流，這樣啟動引擎，但啟動幾下就要等一會讓他恢復過來，不然就沒電了。事實上，除了這3類外，還有其他很多呢，比如通訊專用蓄電池，緩沖蓄電池等。1.2 蓄電池組容量設計太陽能電池電源系統的儲能裝置主要是蓄電池.與太陽能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下,其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的變化而變化.它的容量比負載所需的電量大得多.蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響.為了與太陽能電池匹配,要求蓄電池工作壽命長且維護簡單。1.蓄電池的選用能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多,目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種.國內目前主要使用鉛酸免維護蓄電池,因為其固有的“免”維護特性及對環(huán)境較少污染的特點,很適合用于性能可靠的太陽能電源系統,特別是無人值守的工作站.普通鉛酸蓄電池由于需要經常維護及其環(huán)境污染較大,所以主要適于有維護能力或低檔場合使用.堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能,但由于其價格較高,僅適用于較為特殊的場合。2.蓄電池組容量的計算蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的.在一年內,方陣發(fā)電量各月份有很大差別.方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份,要靠蓄電池的電能給以補足;在超過用電需要的月份,是靠蓄電池將多余的電能儲存起來.所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值,是確定蓄電池容量的依據之一.同樣,連續(xù)陰雨天期間的負載用電也必須從蓄電池取得.所以,這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。因此,蓄電池的容量BC計算公式為: BC=AQLNLTO/CC Ah （1）公式中:A為安全系數,取1.11.4之間; QL為負載日平均耗電量,為工作電流乘以日工作小時數;NL為最長連續(xù)陰雨天數;TO為溫度修正系數,一般在0以上取1,-10以上取1.1,-10以下取1.2;CC為蓄電池放電深度,一般鉛酸蓄電池取0.75,堿性鎳鎘蓄電池取0.85。二、太陽能電池2.1、原理太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術，光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，因此又稱太陽能光伏技術。光伏電池的工作原理(見圖形)當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的的實質是：光子能量轉換成電能的過程。光伏發(fā)電系統的構成：一套基本的太陽能發(fā)電系統是由太陽電池板、控制器、逆變器和蓄電池構成。光伏發(fā)電系統的類型：光伏發(fā)電系統的兩大分類：并網發(fā)電和獨立發(fā)電并網發(fā)電系統(見圖形) 太陽能電池方陣發(fā)出的電經過并網逆變器將電能直接輸送到交流電網上，或將太陽能所發(fā)出的電經過并網逆變器直接為交流負載供電。獨立發(fā)電系統(見圖形)獨立發(fā)電系統，太陽能電池方陣發(fā)出的電經蓄電池充電并經過逆變器直流轉換成交流電。2.2 太陽能電池材料多晶硅是生產單晶硅的直接原料，是當代人工智能、自動控制、信息處理、光電轉換等半導體器件的電子信息基礎材料。被稱為“微電子大廈的基石”。在太陽能利用上，單晶硅和多晶硅也發(fā)揮著巨大的作用。雖然從目前來講，要使太陽能發(fā)電具有較大的市場，被廣大的消費者接受，就必須提高太陽電池的光電轉換效率，降低生產成本。從目前國際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。從工業(yè)化發(fā)展來看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因為；1可供應太陽電池的頭尾料愈來愈少；2 對太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；3多晶硅的生產工藝不斷取得進展，全自動澆鑄爐每生產周期（50小時）可生產200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達到厘米級；4由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應用于多晶硅電池的生產，例如選擇腐蝕發(fā)射結、背表面場、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細金屬柵電極，采用絲網印刷技術可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達到15微米以上，快速熱退火技術用于多晶硅的生產可大大縮短工藝時間，單片熱工序時間可在一分鐘之內完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉換效率超過14。據報道，目前在5060微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過16。利用機械刻槽、絲網印刷技術在100平方厘米多晶上效率超過17，無機械刻槽在同樣面積上效率達到16，采用埋柵結構，機械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達到15.8。單晶硅電池具有電池轉換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高。單晶硅電池早在20多年前就已突破光電轉換效率20%以上的技術關口。多晶硅電池成本低，轉換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池，材料中的各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認為是造成多晶硅電池光電轉換率一直無法突破20%的關口。德國弗勞恩霍夫協會科研人員采用新技術，在世界上率先使多晶硅太陽能電池的光電轉換率達到20.3%。從固體物理學上講，硅材料并不是最理想的光伏材料，這主要是因為硅是間接能帶半導體材料，其光吸收系數較低，所以研究其他光伏材料成為一種趨勢。其中，碲化鎘(CdTe)和銅銦硒(CuInSe2)被認識是兩種非常有前途的光伏材料，而且目前已經取得一定的進展，但是距離大規(guī)模生產，并與晶體硅太陽電池抗衡需要大量的工作去做。 2.3、太陽能電池設計1.太陽能電池組件串聯數Ns太陽能電池組件按一定數目串聯起來,就可獲得所需要的工作電壓,但是，太陽能電池組件的串聯數必須適當。1）串聯數太少, 串聯電壓低于蓄電池浮充電壓,方陣就不能對蓄電池充電。2）如果串聯數太多使輸出電壓遠高于浮充電壓時，充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當太陽能電池組件的串聯電壓等于合適的浮充電壓時,才能達到最佳的充電狀態(tài)。計算方法如下:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc （2）(2)式中:UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓; Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓;Uf為蓄電池浮充電壓;UD為二極管壓降,一般取0.7V;UC為其它因數引起的壓降。電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數有關,應等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯的電池數。2.太陽能電池組件并聯數Np在確定NP之前,我們先確定其相關量的計算方法。(1) 將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht, 轉換成在標準光強下的平均日輻射時數H:H=Ht2.778/10000 h （3）式中:2.778/10000(hm2/kJ)為將日輻射量換算為標準光強(1000W/m2)下的平均日輻射時數的系數。(2) 太陽能電池組件日發(fā)電量Qp： Qp=IocHKopCz Ah （4）式中:Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流; Kop為斜面修正系數; Cz為修正系數,主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失,一般取0.8。(3) 兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數Nw, 此數據為本設計之獨特之處,主要考慮要在此段時間內將虧損的蓄電池電量補充起來,需補充的蓄電池容量Bcb為:Bcb=AQLNL Ah （5）(4) 太陽能電池組件并聯數Np的計算方法為:Np=(Bcb+NwQL)/(QpNw) （6）公式(6)的表達意為: 并聯的太陽能電池組組數,在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數內所發(fā)電量,不僅供負載使用,還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內所虧損電量。3.太陽能電池方陣的功率計算根據太陽能電池組件的串并聯數,即可得出所需太陽能電池方陣的功率P:P=PoNsNp W (7)式中:Po為太陽能電池組件的額定功率。本次設計光源電壓12V，功率為21W，每天工作6h，最長連續(xù)陰雨天為3d， 兩最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數為15d，太陽能電池采用云南半導體器件廠生產的WBG40（P）型組件, 組件標準功率為40W, 工作電壓17.2V, 工作電流2.32A,蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池, 浮充電壓為(1442)V. 其水平面太陽輻射數據參照表, 成都地區(qū)其水平面的年平均日輻射量為10392(kJ/m2), Kop值為0.7553,計算太陽能電池方陣功率及蓄電池容量。1. 蓄電池容量Bc： Bc=AQLNLTo/CC=1.2(21/12)631/0.7550Ah2. 太陽能電池方陣功率P:太陽能電池組件串聯數Ns：Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+UC)/Uoc=(14+0.7+)/17.1=0.881太陽能電池組件日發(fā)電量Qp:Qp=IocHKopCz=2.3210392(2.778/10000)0.75530.84.05Ah需補充的蓄電池容量Bcb:Bcb=AQLNL=1.221/1263=37.8Ah， 其中QL=(21/12)6=10.5Ah太陽能電池組件并聯數Np：Np=(Bcb+NwQL)/(