光伏發(fā)電路燈系統(tǒng)課程設(shè)計50W太陽能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計

1、 光伏技術(shù)與工藝課程設(shè)計 課程名稱： 光伏技術(shù)與工藝 題 目：50w太陽能led路燈照明系統(tǒng)設(shè)計 系 部： 電氣工程系 專業(yè)班級： 10光伏發(fā)電 學(xué) 號： 39 學(xué)生姓名： whn 起訖日期： 2012、6、4 2012、6、9 指導(dǎo)教師： lsw 目 錄1、 設(shè)計目的及意義 1、背景 2、設(shè)計目的 3、設(shè)計意義二、太陽能路燈的應(yīng)用優(yōu)勢三、設(shè)計要求四、設(shè)計思路及其設(shè)計原則 五、太陽能路燈照明系統(tǒng)介紹 （一）系統(tǒng)組成與原理 （二）光源 （三）蓄電池 （四）控制器 （五）太陽電池組件六、計算及選型 （一）計算 （二）選型七、施工八、心得體會一、設(shè)計目的及意義1、背景在當(dāng)今能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加

2、緊了發(fā)展光伏的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達(dá)到商業(yè)化競爭的水平；日本也提出了在2020年達(dá)到28gw的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高，光伏發(fā)電顯得越來越重要。自從實用性的硅太陽電池問世以來，世界上很快就開始太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用。發(fā)展初期，因太陽電池價格昂貴，光伏發(fā)電主要限于在空間為衛(wèi)星供電。隨著太陽電池技術(shù)提高，價格下降，光伏發(fā)電逐漸在地面得到應(yīng)用，規(guī)模也日益擴(kuò)大。 從1958年美國發(fā)射的衛(wèi)星上首次使用太陽電池開始

3、，至今全世界發(fā)射的4000余顆衛(wèi)星，90以上采用光伏發(fā)電系統(tǒng)供電。所用太陽電池，大部分為硅單晶電池，近來開始采用砷化鎵和磷化銦電池。太陽電池方陣組裝方式有體裝式和帆板式兩種，功卒小至數(shù)瓦，大至上千瓦、幾十千瓦?？臻g光伏發(fā)電用的太陽電池要求，轉(zhuǎn)換效率高，重量輕，耐輻照性能好，溫度系數(shù)小等，今后發(fā)展重點是薄膜太陽電池。 在衛(wèi)星上成功地實現(xiàn)光伏發(fā)電后，人們自然會提出建造空間電站的設(shè)想，利用空間太陽輻射強(qiáng)、不受晝夜、氣候、季節(jié)影響的有利條件，在空間將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再用微波或激光傳輸?shù)降孛?。光伏發(fā)電用于地面之后，因價格貴而首先在一些特殊領(lǐng)域獲得應(yīng)用，如海上導(dǎo)航，牧區(qū)電圍欄，微波通訊，管道陰極保護(hù)等。

4、隨著價格的下降，光伏發(fā)電逐漸擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，目前主要用于以下四個方面： 消費(fèi)性產(chǎn)品，如非晶硅太陽電池供電的計算器，太陽能鐘表，太陽能照明燈具，太陽能收音機(jī)、電視機(jī)等，這類產(chǎn)品約占世界光伏產(chǎn)品銷售量的14；遠(yuǎn)離電網(wǎng)居民供電系統(tǒng)，包括家庭分散供電和獨(dú)立光伏電站集中供電，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的35；離網(wǎng)工業(yè)供電系統(tǒng)，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的33；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的18。 隨著光伏發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大，井網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將快速發(fā)展。光伏發(fā)電在發(fā)展中國家也得到了一些應(yīng)用，但應(yīng)用重點是小型系統(tǒng)，主要解決無電或嚴(yán)重缺電地區(qū)家庭用電的需要。 隨著國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大、技術(shù)逐步提升，光伏發(fā)電成本

5、會逐步下降，未來國內(nèi)光伏容量將大幅增加。中國已將新能源產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，未來10年擬加大對包括太陽能在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)投資，以減少經(jīng)濟(jì)對石化能源依賴和降低碳排放。未來五到十年中國光伏發(fā)電有望規(guī)模化發(fā)展。2、設(shè)計目的 （1）利用太陽能路燈的應(yīng)用優(yōu)勢了解太陽能路燈。 （2）提高利用已學(xué)知識分析和解決問題的能力。 （3）把理論知識與實踐相結(jié)合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。 （4）學(xué)習(xí)并了解太陽能路燈的工作原理與一般路燈的區(qū)別。 （5）加強(qiáng)對光伏技術(shù)與太陽能路燈的認(rèn)識，充分掌握和理解設(shè)計各部分的工作原理、設(shè)計過程、選擇設(shè)備、模塊化設(shè)計等多項知識。 （6）利用實驗裝置模擬太陽能路燈 （7）結(jié)合

6、理論與實踐，正確選擇led太陽能路燈的安裝地點以及環(huán)境要求。 （8）根據(jù)計算，選擇合理的設(shè)備，以保證led太陽能路燈正常安全運(yùn)行。3、設(shè)計意義太陽能本世紀(jì)人類的主要能源之一。到2030年，世界電力生產(chǎn)將主要依靠太陽能。太陽能作為一個不污染環(huán)境，又取之不盡的新能源將無處不在。太陽能光電產(chǎn)品是通過太陽在光的作用下，轉(zhuǎn)化為電能的過程，是一種利用高新技術(shù)研制的新能源，是21世紀(jì)人類所向往、所追求的新光源太陽能路燈既可用于城鎮(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)人們的道路照明問題。光伏發(fā)電不消耗燃料

7、，不受地域限制，規(guī)模大小隨意，可以獨(dú)立發(fā)電或并網(wǎng)發(fā)電，無噪聲、無污染，建設(shè)周期短，不用架設(shè)輸電線路，安全可靠，維護(hù)簡便，可以無人值守，具有其它發(fā)電方式無可比擬的優(yōu)點。它是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)。 隨著地球資源的日益貧乏，基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂是無處不在。太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的安全、環(huán)保新能源越來越受到重視。這樣，太陽能照明產(chǎn)品隨著太陽能熱水器普及之后應(yīng)運(yùn)而生，在這里就太陽能路燈和使用市電路燈的效果作實用對比。初期費(fèi)用貴，但是運(yùn)行費(fèi)用低于普通燈具綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分?jǐn)偛糠值馁M(fèi)用。

8、二、太陽能路燈的應(yīng)用優(yōu)勢 太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，它具有綠色環(huán)保、安裝簡便、自動控制免維護(hù)等固有特性。與市照明燈具相比具有以下主要優(yōu)勢： （1）市照明燈具安裝復(fù)雜，線路容易出故障，維修檢查較困難。 太陽能照明燈安裝簡便，不用鋪設(shè)復(fù)雜的線路，維修檢查簡單。（2）市照明燈具電費(fèi)高昂，要長期不斷對線路和其他配置進(jìn)行維護(hù)或更換，維護(hù)成本逐年遞增。 太陽能照明燈具免電費(fèi)，只需一次性投入，無任何維護(hù)成本三年收回成本，長期受益。（3） 市電照明燈具有安全隱患，由于施工質(zhì)量、景觀工程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的沖突等方面帶來諸多安全隱患。 太陽能照明沒有安全隱患，太陽能燈具是超

9、低壓產(chǎn)品，運(yùn)行安全可靠，產(chǎn)品使用壽命長。（4）節(jié)能，它利用自然光源，無需消耗電能，而且取之不盡用之不完。（5）環(huán)保，符合綠色環(huán)保要求，無污染、無輻射，保護(hù)生態(tài)。 （6）安全，由于產(chǎn)品不使用交流電，而且采用蓄電池吸收太陽能，通過低壓直流電轉(zhuǎn)化為光能，是最安全的電源。（7） 科技含量高，產(chǎn)品的核心裝置是智能控制器，設(shè)置的自控、時控開關(guān)裝置可根據(jù)一天24小時內(nèi)的天空亮度和人們在各種環(huán)境中需要的亮度自動調(diào)節(jié)。三、設(shè)計要求：led太陽能路燈光源功率為 50w,工作電壓為直流 24 v。要求路燈每天工作 9h,保證連續(xù) 10個陰雨天能正常工作。南昌市區(qū)地處北緯2810 、東經(jīng) 11567 ，海拔 46.7

10、m ，全年平均日照時間 3.81h 。昌北地區(qū)主干道寬 m，長 km。四、設(shè)計思路及其設(shè)計原則 1、設(shè)計思路：太陽能路燈的設(shè)計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。首先是根據(jù)用電負(fù)載（led光源）的用電量，確定太陽能組件的功率，然后確定蓄電池的容量，再進(jìn)行電氣設(shè)計、光源設(shè)計和設(shè)備選型，最后進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計中要確保太陽能led路燈運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。2、設(shè)計的原則：對于照明系統(tǒng)設(shè)計一般我們需要考慮以下幾個問題： （1）從功能上,道路照明系統(tǒng)的主要功能是保證交通安全，提高交通運(yùn)輸效率、保障人身安全、提供舒適環(huán)境、提升城市形象。（2）在滿足道路照明各項功能需要的基礎(chǔ)

11、上，提高道路照明系統(tǒng)的能效，降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約能源，減少污染，以達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。（3）另外還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓赓Y源情況。 五、太陽能路燈照明系統(tǒng)介紹 （一）系統(tǒng)組成與原理組成：led太陽能路燈照明系統(tǒng)由太陽能電池組件、led光源、控制器、蓄電池和燈桿支架等幾部分構(gòu)成。 原理：如圖所示，太陽能路燈是利用太陽能電池板，白天接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過控制器儲存在蓄電池中，夜晚控制器動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電若干小時后，控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。控制器的主要作用是控制路燈打開和關(guān)閉，同時保護(hù)蓄電池，延長蓄電池使用壽命。在蓄電池電量不足時，自動斷開負(fù)載，防止蓄電池過放電；并有短路保護(hù)、

12、反接保護(hù)等。（二）光源光源應(yīng)盡量選直流光源。目前常見的光源有直流節(jié)能燈、高頻無極燈、低壓鈉燈和led光源。led 作為半導(dǎo)體光源，其發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，是太陽能路燈最為理想的光源。本系統(tǒng)采用led光源，結(jié)合本地的實際情況，我們采用高效太陽能led路燈（光源功率 w，dc v）。（三）蓄電池蓄電池功能：將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到夜晚需要照明的時候再釋放出來。同時應(yīng)保證陰雨天時可提供若干天路燈夜間照明的用電需要。1 類型選擇1）鉛酸(cs)蓄電池：適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽能路燈采用。密封免維護(hù)，價格低。注意防止鉛酸污染，應(yīng)逐步淘汰。2）鎳鎘(ni-cd)蓄電池：放電倍率

13、高、低溫性能好，循環(huán)壽命長，小型系統(tǒng)采用。注意防止鎘污染。3）鎳氫(ni-h)蓄電池：高倍率放電，低溫性能好，價格便宜，無污染，為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采用。要大力提倡目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池，普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。2容量選擇蓄電池容量過小，不能滿足夜晚照明的需要；容量過大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費(fèi)。蓄電池容量(ah)與負(fù)載容量（ah）之比宜在36倍以上：連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為34倍以上，連續(xù)陰雨天數(shù) 較多地區(qū)約為56倍以上。蓄電池容量應(yīng)根據(jù)實際情況，考慮相關(guān)系數(shù)的添加，計算出合理的容量。（四）控制器太陽能路燈的運(yùn)行由控制器來控制?？刂破鞔蠖紝?/p>

14、現(xiàn)了智能控制控制器應(yīng)具有以下功能：1路燈控制光控、時控、溫控等功能供選擇。具有調(diào)光(或半夜燈)功能2蓄電池管理對蓄電池充放電條件加以限制，延長其使用壽命：1) 防反充電控制：2) 防過充電控制：3) 防過放電控制；4) 溫度補(bǔ)償。3自動保護(hù)太陽電池反接保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、蓄電池開路保護(hù)、夜間防反充保護(hù)、輸出短路保護(hù)等。4數(shù)碼顯示顯示太陽能路燈主要參數(shù)：蓄電池電壓、太陽電池光伏電壓等。5控制器電壓 控制器電壓=蓄電池電壓。6. 控制器種類太陽能路燈跟普通路燈控制電路功能基本一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用。常用的控制器有單獨(dú)的光控制型、時鐘控器型、經(jīng)緯控制型等，但由于其工作原理不同，

15、各有優(yōu)缺點。單獨(dú)的光控型一般采用感光探頭，當(dāng)晚上光線弱時，自動開啟路燈；早上光線較強(qiáng)時，自動關(guān)閉路燈，達(dá)到自動控制的作用。但在實際使用中，感光探頭難以判斷各種干擾光線，經(jīng)常會產(chǎn)生誤動作。采用時鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開關(guān)時間，使路燈按時亮燈、準(zhǔn)時熄燈，從而達(dá)到自動控制的目的。優(yōu)點是定時開關(guān)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)時間不受外界干擾，除本身故障外不會產(chǎn)生誤動作。缺點是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動變換開關(guān)時間，需人工經(jīng)常調(diào)整開關(guān)時間，費(fèi)時費(fèi)力，不利于節(jié)省電力。經(jīng)緯型控制器采用單片機(jī)技術(shù)，模擬日照規(guī)律，晚上能自動開燈、早晨能自動關(guān)燈。它采取光控開關(guān)時間的優(yōu)點，克服了光控開關(guān)易受干擾的缺點，取鐘控

16、器時間準(zhǔn)確之長處，克服了定時開關(guān)不會自動變換開關(guān)時間之短處。目前路燈控制常采用這種控制方式，但其價格較高，在路燈中使用將會增加成本。（五）太陽電池組件l.類型太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。較實用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池等三種。1) 單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定適合在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)使用；2) 多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價格比單晶硅低適合在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)使用；3）非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低，適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。2工作電壓太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的l.5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如給6v蓄電池充

17、電需要用89v太陽能電池,給12v蓄電池充電需要用1518v太陽能電池。給24v蓄電池充電需用3336v太陽能電池。3.輸出功率太陽能電池一般由多個太陽能單元電池串聯(lián)組成，其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當(dāng)?shù)靥柲茌椛淠芰?。太陽能電池組輸出功率宜為光源功率的35倍以上：光照豐富、開燈時短地區(qū)為(34)倍以上，反之為(45)倍以上。4.太陽能池組選擇和安裝路燈桿一般在5m以上，重心較高，大部分太陽電池板都是懸掛式，為增強(qiáng)整套設(shè)備的抗風(fēng)力，一般選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。6、 計算及選型 （一）計算1、 日均耗電量 = =光源工作電流光源日工作時間（ah）2、蓄電池

18、容量 =（ah）3、太陽電池組件的輸出電流=（a）4、太陽電池的輸出功率=太陽電池輸出電壓輸出電流（w）5、太陽電池板傾角設(shè)計城市緯度最佳傾角（0）年平均日照時間（h）城市緯度最佳傾角（0）年平均日照時間（h）哈爾濱45.68+34.4杭州30.23+33.42長春43.90+14.8南昌28.67+23.81沈陽41.77+14.6福州26.08+43.46北京39.8+45濟(jì)南36.68+64.44天津39.10+54.65鄭州34.72+74.04呼和浩特40.78+35.6武漢30.63+73.80太原37.78+54.8長沙28.20+63.22烏魯木齊43.78+124.6廣州23

19、.13-73.52西寧36.75+15.5?？?0.03+123.75蘭州36.05+84.4南寧22.82+53.54銀川38.48+25.5成都30.67+22.87西安34.30+143.6貴陽26.58+82.84上海31.17+33.8昆明25.02-84.26南京32.00+53.94拉薩29.70-86.7合肥31.85+93.696、抗風(fēng)設(shè)計計算在太陽能路燈系統(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。（二）選型通過計算可知，所選設(shè)備為：如下表所示：表1 太陽能led路燈的配置方案序號配件名稱規(guī)格單位數(shù)

20、量備注1太陽能電池組件w塊單晶硅或多晶硅2蓄電池v/ah塊鉛酸蓄電池3光源w led只暖白色4充放電控制器v/a臺過充電、過放電保護(hù)5燈桿m根熱鍍鋅、噴塑表2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)燈管高度m組件支架優(yōu)質(zhì)鋼材光源度m表面處理熱鍍鋅設(shè)計燈管間距m燈管預(yù)埋件優(yōu)質(zhì)圓鋼設(shè)計安裝數(shù)量套燈桿基礎(chǔ)c25混凝土澆筑燈桿材料優(yōu)質(zhì)冷軋薄板 七、施工單臂燈的工程安裝步驟如下：（1） 燈桿在運(yùn)輸時應(yīng)采用塑袋封閉的包裝形式，捆綁形式采用矩形包，中間用鋼包帶捆扎。燈盤運(yùn)輸時采用裝箱運(yùn)輸形式。（2） 當(dāng)燈具運(yùn)至施工現(xiàn)場后，開箱復(fù)檢配件是否齊全。（3） 利用5t起吊將燈桿吊起，安裝燈臂、太陽能電池板以及燈具，并保證螺釘緊固到位。太陽能

21、電池組件和燈具在安裝前應(yīng)進(jìn)行必要的測試，在燈桿吊起前，對安裝后的太陽能電池組件以及燈具進(jìn)行系統(tǒng)的測試，以檢驗安裝的正確性。（4） 調(diào)整燈臂、燈桿的角度，確保燈臂、道路縱向成90（5）調(diào)整燈臂、燈桿的角度，確保燈具的投射角度垂直向下。（6） 利用5t汽吊進(jìn)行單臂燈的燈桿的整體吊整，并使燈桿的地板法蘭與基礎(chǔ)預(yù)埋件準(zhǔn)確的對位。（7） 安裝控制器、蓄電池組。（8） 在吊裝的同時，各測試人員用經(jīng)緯儀對中、高桿燈進(jìn)行垂直測試，使垂直偏差不超過設(shè)計允許偏差，并符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。（9） 各部位根據(jù)設(shè)計要求接線，此接線必須符合電氣安裝規(guī)范要求。 （10） 整體試燈兵再次調(diào)整燈具投射角度，使其達(dá)到設(shè)計的規(guī)范要求。注意事項：太陽能路燈的硬件固然重要，太陽能路燈的安裝施工、工程管理