一個(gè)太陽能電源設(shè)計(jì)實(shí)例

1、一個(gè)太陽能電源設(shè)計(jì)實(shí)例fuzz=8(n照太陽能直放站的電源設(shè)計(jì) Lug 直放站是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要手段之一，隨著直放站的普及,那些地形較好、供電方便、用戶量大的地方已基本覆蓋，因而在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，那些地形復(fù)雜、供電困難的地方如果繼續(xù)采用有線 供電的方式，則會(huì)存在線路架設(shè)困難、成本高、維護(hù)不方便及容易遭雷擊等自然災(zāi)害的危害。為了使直放站能更好地為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化服務(wù)，我公司提供的太陽能供電直放站系列就能夠較好的解決這方面的問題。Ay一、 直放站的選擇E z! 由于太陽能供電直放站系統(tǒng)往往架設(shè)在位置較高的地方，因而主要選用無線直放站。根據(jù)當(dāng)?shù)氐男盘?hào)情況再?zèng)Q定是否采用選頻方式，考慮到地勢(shì)較高及太陽能電

2、池的容量及成本，一般直放站的輸出功率以不超過20W為宜。=kG2h由于太陽能直放站是以太陽能轉(zhuǎn)化為電能的方式來供電的，因而直放站的耗能大小就成為直放站在惡劣天氣情況下工作時(shí)間長短的關(guān)鍵，直放站消耗能量最大的部件是功放，為了能使功放的效率達(dá)到更高，我公司采用了效率更高的攻放模塊來代替原來的功放管，雖然增加了許多成本，但設(shè)備的效率提高了，而且，當(dāng)無人通話時(shí)，功放的工作電流僅為靜態(tài)電流。mGD1從組網(wǎng)的方面來考慮，由于太陽能的供能使有限的，因而，直放站的整機(jī)耗能不易過大，一般以不超過60w為宜。+二、太陽能供電系統(tǒng)的配置1、電池容量Q 假設(shè)直放站的功耗為60w，直放站每天消耗的電流為（24V供電）：

3、X2.524小時(shí)=60（AH）6okop設(shè)電池容量能滿足直放站工作15天，則電池容量最小為：k6015=900（AH）雖然電池的標(biāo)稱容量就是其額定放電容量，但我們僅按75%的放電量來設(shè)計(jì)，以便有一定的富裕量，則設(shè)計(jì)的電池總?cè)萘繛椋篎# o900/0.75=1200（AH）)g, o至于電池的組合則有多種方式如:QK1AIw12V120AH20個(gè)724V120AH10個(gè)Q_42V1200AH12個(gè) 等等可根據(jù)機(jī)房形式、搬運(yùn)難度、其它特殊要求等情況選擇不同的方式。X(2、太陽能板的選擇u一塊標(biāo)準(zhǔn)的太陽能板的充電電流為4A，我國大部分地方在有太陽的情況下，太陽能板的最大充電電流為3A，且以3A充電的

4、時(shí)間僅有4小時(shí)/每天，其它時(shí)間的充電電流則達(dá)不到3A。在陰天時(shí)，太陽能板的充電電流只有約0.7A/塊，假設(shè)在較惡劣的天氣里，15天內(nèi)，晴天為4天，陰天為6天，雨天為5天（不充電）則每塊太陽能板的輸出電流為：晴天時(shí)： 3A4小時(shí)+(3A+0.7)24小時(shí)=19.4(AH/天)RZ 19.44天=77.6(AH)5_b陰天時(shí)： 0.7A8小時(shí)=5.6(AH/天)y 5.66=33.6(AH)data共 計(jì)： 77.6+33.6=111.2(AH)D設(shè)采用輸入電壓為12V/4A的太陽能板18塊，則15天內(nèi)的總充電量為： Chi)w182111.2=1008(AH)900AH因而可滿足系統(tǒng)供電的需要。

5、_驗(yàn)證：N5yB .假設(shè)天氣為連續(xù)雨天，太陽能板不能充電，則系統(tǒng)連續(xù)工作時(shí)間為： kHz900/60=15天8G .假設(shè)天氣為連續(xù)陰天（或小晴天），系統(tǒng)的工作時(shí)間為：,_*（900+5.69T）/60=T%T=93.75天in) .正常天氣T從前面計(jì)算可知，15天內(nèi)的充電電流為1008AH，完全可以滿足需要。a根據(jù)實(shí)際情況，我公司與太陽能電池生產(chǎn)廠家密切合作，根據(jù)我公司的要求，研制生產(chǎn)出轉(zhuǎn)換效率提高5%的太陽能板，并能通過網(wǎng)管對(duì)太陽能電池的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如充電電流、充電電壓、電池工作電壓等 pump3、直放站功率選擇b;以上計(jì)算是按直放站的功耗為60W時(shí)來計(jì)算的（輸出功率大于10W），在組

6、網(wǎng)過程中，我們可以計(jì)算出直放站的實(shí)際所需輸出功率。/.P設(shè)要求達(dá)到覆蓋距離為3Km，（基本可視）則路徑衰耗為： eLS=32.44+20lgf+20lgdM;?=32.44+20lg1000+20lg3P&g=102dBK設(shè)建筑物衰耗為20dBi,4e則總衰耗為122dBkKv增 益：發(fā)射功率PzRnu天線增益：17 dB天線高度修正因子20lg50=34dB (直放站的位置一般選擇較高);手機(jī)在室內(nèi)接收?qǐng)鰪?qiáng)為-85dBm， B!LA則-85=P+17+34-122ZVtaP=14dBmX0v取P=30dBm，即可完全滿足需要(有16dB余量）。.xhkf即使采用四選頻直放站，直放站的輸出功率

7、也僅需要5W。;因而，可根據(jù)實(shí)際情況，在直放站能滿足覆蓋的情況下，盡量選擇小功率的直放站，一可以節(jié)省投資，二可以延長太陽能電源的工作時(shí)間。2I4、太陽能電源的配置： YsK(q、 太陽能組件： 18塊（40W/16.5V）DKn、 角鐵支架： 2臺(tái)B&、 太陽能充電器： 1臺(tái)wT:9、 蓄電池： 1200AH/24V b;太陽能充電設(shè)計(jì)方案太陽能充電設(shè)計(jì)方案首先，數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)采用低功能耗的。其次，選擇的太陽能發(fā)電板和蓄電池應(yīng)是經(jīng)濟(jì)、可靠性的。既要防止太陽能發(fā)電板在陰雨期容量不夠，達(dá)不到測(cè)量目的，又要避免容量過大，造成浪費(fèi)。一、關(guān)于硅太陽能發(fā)電板容量硅太陽能發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率

8、WP。太陽能發(fā)電功率量值取決于負(fù)載24h所能消耗的電力 H(WH)，由負(fù)載額定電源與負(fù)載24h所消耗的電力，決定了負(fù)載24h消耗的容量P(AH)，再考慮到平均每天日照時(shí)數(shù)及陰雨天造成的影響，計(jì)算出太陽能電池陣列工作電流IP(A)。由負(fù)載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個(gè)數(shù)及蓄電池浮充電壓VF (V)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓VT (v)及反充二極管P-N結(jié)的壓降VD(V)所造成的影響，則可計(jì)算出太陽能電池陣列的工作電壓VP(V)，由太陽電池陣列工作電源IP(A)與工作電壓VP(V)，便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率WPW，從而設(shè)計(jì)出太陽能板容量，

9、由設(shè)計(jì)出的容量WP與太陽能電池陣列工作電壓VP，確定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù)。太陽能電池陣列的具體設(shè)計(jì)步驟如下：.計(jì)算負(fù)載24h消耗容量P。P=H/VV負(fù)載額定電源2.選定每天日照時(shí)數(shù)T(H)。3.計(jì)算太陽能陣列工作電流。IP=P(1+Q)/TQ按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.211.004.確定蓄電池浮充電壓VF。鎘鎳()和鉛酸()蓄電池的單體浮充電壓分別為1.41.6V和2.2V。5.太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓VT。VT=2.1/430(T-25)VF6.計(jì)算太陽能電池陣列工作電壓VP。VP=VF+VD+VT其中VD=0.50.7約等于VF7.太陽電池陣列輸出功率平板式太陽能電板。WP=IPU

10、P8.根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。二、關(guān)于蓄電池的容量計(jì)算蓄電池的容量由下列因素決定：1.蓄電池單獨(dú)工作天數(shù)。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達(dá)到蓄電池所剩容量占正常額定容量的20%。2.蓄電池每天放電量。對(duì)于日負(fù)載穩(wěn)定且要求不高的場(chǎng)合，日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的80%。3.蓄電池要有足夠的容量，以保證不會(huì)因過充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時(shí)，只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的25倍，則蓄電池在充電時(shí)就不會(huì)造成失水。4.蓄電池自身漏掉的電能。隨著電池使用時(shí)間的增長及電池溫度的升高，自放電率會(huì)增加。對(duì)于新的電池自放電

11、率通常小于容量的5%，但對(duì)于舊的質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月10%15%。在水情遙測(cè)系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長短決定了蓄電池的容量，由遙測(cè)設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量安時(shí)數(shù)加上20%因子，再加上10%電池自放電能安時(shí)數(shù)，便可計(jì)算出蓄電池的容量源。按照兩種容量方案的計(jì)算，作者計(jì)算完成了太陽能電源的設(shè)計(jì)：1.測(cè)站的主要參數(shù)：每隔5min發(fā)射一次數(shù)據(jù)，發(fā)射時(shí)間2Sec；發(fā)射機(jī)輸入電壓DC13.8V，輸出電流5A；當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)數(shù)78h。2.測(cè)站蓄電池容量經(jīng)計(jì)算得出為38AH。3.測(cè)站太陽能電池容量陣列輸出功率WP W為2535w。綜合以上結(jié)果，太陽能電源設(shè)計(jì)值為：蓄電池：采用鉛酸蓄電池，容量38AH，

12、采用2個(gè)容量20AH并聯(lián)形式；太陽能電池陣列：輸出功率2535W，采用標(biāo)準(zhǔn)塊板一塊輸出容量2538W，一塊正好。三、太陽能電源安裝使用中注意的問題1.陣列板選擇安裝在周圍無高大建筑物、樹木、電線桿等無遮擋太陽光和避風(fēng)處。2.太陽能電池陣列板配套的蓄電池在第一次使用時(shí)，要先充電到額定容量，不可過充或過放。3.注意定期的維護(hù)工作。此電源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠，安裝方便，利于維護(hù)，在實(shí)踐中取得了滿意的效果。太陽能路燈LED工作原理與設(shè)計(jì) 太陽能LED照明集成了太陽能與LED的優(yōu)點(diǎn)。 本文對(duì)一款太陽能LED大功率路燈做了深入探討與詳細(xì)介紹，如圖1。1、系統(tǒng)介紹 1.1 系統(tǒng)基本組成簡(jiǎn)介 如圖2，系統(tǒng)由太陽能電池

13、組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。 控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。1.2 工作原理介紹 系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏特效

14、應(yīng)原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測(cè)到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 太陽能路燈的設(shè)計(jì)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。下面將以香港真明麗集團(tuán)有限公司的這款太陽能LED大功率路燈為例，分幾個(gè)方面做分析。2.1 太陽能電池組件選型設(shè)計(jì)要求：廣州地區(qū)，負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時(shí)數(shù)8.5h，

15、保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。 廣州地區(qū)近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算廣州地區(qū)峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h； 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH 所需太陽能組件的總充電電流= 1.0512.2（3.4240.85）=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。 太陽能組件的最少總功率數(shù) = 17.25.9 = 102W 選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。2.2 蓄電池選型 蓄電池設(shè)計(jì)容量計(jì)算相比于太陽能組件的峰瓦數(shù)要簡(jiǎn)單

16、。 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，可以連續(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的蓄電池就可以滿足要求了。 2.3 太陽能電池組件支架 2.3.1 傾角設(shè)計(jì) 為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。 關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(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)，依據(jù)本次設(shè)計(jì)參考相關(guān)文獻(xiàn)中的資料1，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。 2.3.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì) 在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上

17、一個(gè)需要非常重視的問題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)。抗風(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。 太陽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，太陽能電池組件可以承受的迎風(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。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，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。 在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計(jì)使用螺栓桿固定連接。 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

18、高度 = 5m 設(shè)計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度 = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm 如圖3，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。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F1.545。 根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)最大允許風(fēng)速，230W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3730 = 949N。 所以，M = F1.545 = 9491.545 = 1466N.m。 根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W

19、 = （3r23r23）。 上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，是圓環(huán)寬度。 破壞面抵抗矩W = （3r23r23） =（384243844243）= 88768mm3 =88.768106 m3 風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W = 1466/（88.768106） =16.5106pa =16.5 Mpa215Mpa 其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。 所以，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)是沒有問題的。 2.4 控制器 太陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。 蓄電池防過充、過放保護(hù)電壓一般參數(shù)

20、如表1，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。 在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)客戶群的需求特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。 2.5 表面處理 該系列產(chǎn)品采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對(duì)產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時(shí)產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超過GB的相關(guān)要求。3、結(jié)束語 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)采用了目

21、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；表面處理采用了目前最先進(jìn)的技術(shù)工藝；路燈整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約而美觀；經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。 目前，太陽能LED照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個(gè)主要問題。但是，太陽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。與太陽能的可再生、清潔無污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對(duì)環(huán)境會(huì)造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。太陽能充電設(shè)計(jì)方案太陽能充電設(shè)計(jì)方案首先，數(shù)據(jù)采集儀器應(yīng)