40W太陽能LED路燈電氣部分設(shè)計

1、摘 要光伏產(chǎn)業(yè)是興起于世紀之交的各種可再生能源產(chǎn)業(yè)中最受人關(guān)注的明星。新能源是二十一世紀世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。在新實際中，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優(yōu)點，在我國西部廣袤嚴寒、地形多樣和居住分散的現(xiàn)實條件下，有著非常獨特的作用。太陽能作為一種新興的綠色能源正迅速地得到推廣應用。太陽能照明系統(tǒng)包括：太陽能電池、蓄電池、照明燈、充電電路、供電電路和控制系統(tǒng)。在白天，太陽能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對蓄電池充電；蓄電池將電能

2、轉(zhuǎn)換為化學能儲存起來。天黑后，太陽能電池無輸出，充電電路停止工作，蓄電池再將化學能轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明燈。全天控制系統(tǒng)的電源一直由蓄電池供給。與傳統(tǒng)的照明工具相比，超高亮白光LED照明源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面有不可比擬的優(yōu)越性，再加上太陽能燈具的節(jié)能性和安裝簡便，所以凡有工頻交流電燈具的地方，LED燈具的觸角就會到達。21世紀將是以固體發(fā)光材料為核心的，即以LED為代表的新型光源、綠色照明的世紀。今后。隨著各國政府的高度重視和加大投入，LED必將成為本世紀極具競爭力的新型綠色環(huán)保光源而掀起一次照明領(lǐng)域新的革命。道路照明與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)，隨著

3、我國城市化進程的加快，綠色、高效、長壽命的LED路燈逐漸走入人們的視野關(guān)鍵詞：控制器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、蓄電池、充放電目 錄 TOC o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc343717481 第1章 緒論4 HYPERLINK l _Toc343717482 1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)概況4 HYPERLINK l _Toc343717483 1.2 本文研究內(nèi)容5 HYPERLINK l _Toc343717484 第2章 光伏發(fā)電裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計6 HYPERLINK l _Toc343717485 第3章 發(fā)電裝置功能電路設(shè)計8 HYPERLINK l _Toc34371748

4、6 3.1 太陽能電池板的選擇8 HYPERLINK l _Toc343717487 3.2 蓄電池參數(shù)計算及選擇9 HYPERLINK l _Toc343717488 3.3 充放電電路設(shè)計10 HYPERLINK l _Toc343717489 3.4 LED發(fā)光電路設(shè)計11 HYPERLINK l _Toc343717490 第4章 結(jié)論13 HYPERLINK l _Toc343717491 參考文獻14 HYPERLINK l _Toc343717492 附錄 系統(tǒng)圖15緒論光伏發(fā)電系統(tǒng)概況光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，利用的是 HYPERLINK :/baike.ba

5、idu /view/715174.htm t _blank 光生伏特效應。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立 HYPERLINK :/baike.baidu /view/766033.htm t _blank 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1818774.htm t _blank 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。通常人們所說的太陽光發(fā)電就是指太陽能光伏發(fā)電。而光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導體電子器件的光伏打效應，有效的吸收太陽的輻射能，并使之直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽能光伏發(fā)電的最核心的器件就是太陽能電池。商用的太陽能電池主要有單晶電池、多晶

6、硅電池、非晶硅電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等幾種類型。目前在研究的還有納米氧化鈦敏化電池、多晶硅薄膜以及有機太陽能電池等。目前世界上多采用硅太陽電池，即單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池。與現(xiàn)有的主要發(fā)電方式相比較，光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點有：工作點變化較快，這是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)受光照、溫度等外界環(huán)境因素的影響很大；輸入側(cè)的一次能源功率不能主動在技術(shù)范圍內(nèi)進行調(diào)控，只能被動跟蹤當時光照條件下的最大功率點，爭取實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的最大輸出；光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出為直流電，需要將直流電優(yōu)質(zhì)地逆變?yōu)楣ゎl交流才能帶負荷。我國太陽能資源十分豐富，適宜太陽能發(fā)電的國土面積和建筑物受光面積也很大，其中，青藏高原、黃土高原、冀北

7、高原、內(nèi)蒙古高原等太陽能資源豐富地區(qū)占到陸地國土面積的三分之二，具有大規(guī)模開發(fā)利用太陽能的資源潛力。太陽能資源豐富、分布廣泛，是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉础ｋS著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出，太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國普遍關(guān)注和重點發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。在此背景下，全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)增長迅猛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，產(chǎn)品成本持續(xù)下降。我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到迅速發(fā)展，已成為我國為數(shù)不多的、可以同步參與國際競爭、并有望達到國際領(lǐng)先水平的行業(yè)。崛起了以尚德電力、英利綠色能源、江西賽維LDK、保利協(xié)鑫為代表的一批著名企業(yè)和以江蘇、河北、四川、江西四大光伏強省為代表的一

8、批產(chǎn)業(yè)基地。 因此，企業(yè)以往以“年度”為單位進行戰(zhàn)略以及策略調(diào)整的傳統(tǒng)做法，在行業(yè)快速變化的今天顯得有些力不從心甚至被動。所以，企業(yè)以“月度”為單位，根據(jù)行業(yè)最新發(fā)展動向適時進行策略乃至戰(zhàn)略調(diào)整的經(jīng)營手段，正日益受到許多大型企業(yè)管理者尤其是外資企業(yè)管理層的高度重視。新能源過渡已提到議事上來了。因為新能源是依托高新技術(shù)的發(fā)展，開辟持久可再面對人類的可持續(xù)發(fā)展，從現(xiàn)有常規(guī)能源向清潔、可再生的新能生能源的道路，以滿足人類不斷增長的能源需求，并保護地球的潔凈。利用太陽能發(fā)電，既不需要燃料，也沒有煙塵和灰渣，不污染環(huán)境，非常清潔。特別是太陽能電池組件，使用壽命可達20年以上，性能穩(wěn)定，同時維護費用較低。

9、 太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的,是人類能夠自由利用的能源。在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴重的今天，充分開發(fā)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。與傳統(tǒng)的照明工具相比，超高亮白光LED照明源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面有不可比擬的優(yōu)越性，再加上太陽能燈具的節(jié)能性和安裝簡便，所以凡有工頻交流電燈具的地方，LED燈具的觸角就會到達。21世紀將是以固體發(fā)光材料為核心的，即以LED為代表的新型光源、綠色照明的世紀。今后。隨著各國政府的高度重視和加大投入，LED必將成為本世紀極具競爭力的新型綠色環(huán)保光源而掀起一次照明領(lǐng)域新的革命6。 太陽能道路照明

10、燈不需要架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜，不用專人管理和控制，可安裝在廣場、停車場、高爾夫球場、校園、公園、街道和高速公路等任何地方。 道路照明與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)，隨著我國城市化進程的加快，綠色、高效、長壽命的LED路燈逐漸走入人們的視野。 太陽能路燈發(fā)展狀況 當前國際常規(guī)能源價格不斷上漲，國內(nèi)能源供應緊張，許多城市出現(xiàn)拉閘限電的尷尬，能源替代已上升到國家能源戰(zhàn)略安全的高度。太陽能作為無限可再生能源，逐步部分替代城市生產(chǎn)、生活常規(guī)能源已是大勢所趨。太陽能照明作為太陽能最重要的利用方式之一，也越來越受到能源行業(yè)和照明行業(yè)的關(guān)注。目前中國太陽能照明技術(shù)已經(jīng)比較成熟，太陽能路燈具的可靠性得到很大程度的

11、提高， 業(yè)界先進企業(yè)的太陽能照明燈具已經(jīng)達到甚至超過國家照明標準。在能源緊張、 拉閘限電的城市及用電困難的邊遠地區(qū)，有著很強的可推廣性。 從長遠來看，太陽能照明系統(tǒng)的前景很好。人們的消費著眼點首先是實用、成本低，而目前采用的太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)是根據(jù)中國國情和民情研發(fā)的，性價比較高。太陽能照明在未來十年后將會普及，成為未來照明行業(yè)發(fā)展趨勢。本文研究內(nèi)容1.太陽能電池板設(shè)計及選擇太陽電池的發(fā)電原理是利用光入射半導體時所引起的光電效應。固體半導體材料電子能級包括價帶和導帶，價帶底和導帶頂之間的能量差就是禁帶寬度。當入射光能量大于半導體材料的禁帶寬度時，才能產(chǎn)生電光子，而大于禁帶寬度的光子能量以熱的形

12、式損失。太陽能光伏板是充電器的前端部分，負責將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，控制電路負責把產(chǎn)生的電能儲存到電池中，是整個產(chǎn)品的控制中樞。它主要有兩方面的功能：一是將太陽能板產(chǎn)生的電能盡可能多得儲存到內(nèi)置電池中；二是當充電器給 等設(shè)備充電時，安全的盡可能多的將內(nèi)置電池里的電量輸出給 等設(shè)備，而盡量少的將電量損耗在線路上。2. 儲能蓄電池設(shè)計及選擇太陽電池是一種對光有響應并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過程。 P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當光線照射太陽電池表面時，一部分光

13、子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)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(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。3. 充放電控制電路設(shè)計控制電路應該具有過流保護（當充電電流過高時能自動限流，不會對充電設(shè)備產(chǎn)生損害），過充保護（當電池電量達到設(shè)定的限度時，將自動停止對電池的充電，從而杜絕電池損壞甚至爆炸的可能），過放保護（主要是用來保護電池，避免深度放電而對電池產(chǎn)生損害），溫度保護（當控制電路溫度超過設(shè)定溫度，充電器將自動停止工作，以保護電池）。4. 穩(wěn)壓輸出電路設(shè)計將太陽能轉(zhuǎn)換成

14、電能，將電能通過鋰電池進行存儲，以達到移動數(shù)碼產(chǎn)品戶外供電的目的。整個產(chǎn)品采用單節(jié) HYPERLINK :/ juda /news/search/tag.asp?keyword=%B4%F3%C8%DD%C1%BF%EF%AE%B5%E7%B3%D8 大容量鋰電池作為儲能裝置，充電采用雙層充電模式：即太陽能板接收太陽光充電、充電器充電雙向充電模式整流電路是將交流電流轉(zhuǎn)換為方向單一的直流電，主要通過單向?qū)ㄔ喝缍O管及其集成的橋堆，單向可控硅，IGBT等實現(xiàn)。電子電路中常用的是二極管與橋堆，在大功率電路中則常用可控硅或IGBT.整流電路分為半波整流和全波整流，分析整流電路要弄清電路的工作原理

15、，求出主要參數(shù)，確定二極管的極限參數(shù)。光伏發(fā)電裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（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到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風設(shè)計非常有利；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，由于其維護很少，故又被稱為“免維護電池”，有利于系統(tǒng)維護費用的降低；充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本

16、控制， 實現(xiàn)很高的性價比實現(xiàn)很高的性價比。根據(jù)設(shè)計要求當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電，在電流充滿后，如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。這就需要一個復雜的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用89C51作為充電電路控制器，從而以較低成本輕松實現(xiàn)復雜的充電智能控制，同時也可以為其它小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。 圖2.1 總體設(shè)計方案圖圖 LM7085引腳圖40 31 9 18 1920 AT89C51 VCC +5v + S 10k 30P 30P 圖2.6 CPU最小系統(tǒng)圖 LED路燈系統(tǒng)框圖發(fā)電裝置功能電路設(shè)計太陽能

17、電池板的選擇為獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。太陽能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有太陽光照的情況下輸出能量。根據(jù)負載的需要，系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)，當發(fā)電量大于負載時，太陽能電池通過充電器對蓄電池充電；當發(fā)電量不足時，太陽能電池和蓄電池同時對負載供電?？刂破饕话阌沙潆婋娐贰⒎烹婋娐泛妥畲蠊β庶c跟蹤控制組成。逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)換為與交流負載同相的交流電。太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的核心部分，其功能是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設(shè)備種類較多，所需電壓電流不等，對于輸入功率較大的設(shè)

18、備，必須采用面積較大的電池板，而這又給攜帶帶來不便。因此該設(shè)計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負載的需要，將太陽能板進行組合，以達到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文以 等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計過程。圖3.1 壓力傳感器蓄電池參數(shù)計算及選擇蓄電池充放電容量蓄電池充電容量QC:蓄電池充電時消耗的能量Qc=Ic dt蓄電池放電容量Qd:完全充足電的蓄電池在一定放點條件下放出的電量Qd=Id dt蓄電池效率放電時能放出的全部電量與充電時充入的全部電量的百分比?？捎冒矔r效率A或瓦時效率w表示，他們的關(guān)系為： IdUdtd w= =AUdUc100 IcUctc荷

19、電狀態(tài)（SOC）以充電量與蓄電池額定容量的比值 SOCQ(t)Q(r)放電深度（DOD）蓄電池放電量與額定容量的比值 DOD=1-SOC蓄電池壽命浮動充電壽命：蓄電池保持在浮動充電條件下的使用壽命。即在一個固定的浮充電壓和特定的溫度條件下的使用壽命。循環(huán)壽命：在一定的充電條件下，蓄電池被全充全放的次數(shù)。蓄電池的壽命與放電深度、充電電壓和環(huán)境溫度密切相關(guān)。60w的太陽能電池板/100AH蓄電池.5A太陽能控制器大連通用路燈制造充放電電路設(shè)計太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護、過放保護、光控、時控與防反接等。當蓄電池電壓達到設(shè)定值后就改變電路的狀態(tài)。 在選用器件上，

20、目前有采用單片機的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點和優(yōu)點，應該根據(jù)客戶群的需求特點選定相應的方案。路燈控制器集電磁技術(shù)、智能化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)控制技術(shù)于一體，在可控和平緩的方式下智能調(diào)節(jié)，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的額定值范圍之間，路燈控制器實現(xiàn)公共照明系統(tǒng)的工作電流與亮度需求的理想結(jié)合，達到節(jié)電和優(yōu)化供電目的，路燈控制器節(jié)電率可高達20%-40%，對用電系統(tǒng)的保護作用可使其壽命延長3-4倍。路燈控制器主要采用進口元器件，且極少運用活動的元器件，通過生產(chǎn)流程中完善的品質(zhì)控制，保證了極高的產(chǎn)品工作安全性，因而確保為用戶單位提供更安全可靠和更優(yōu)性能的產(chǎn)品服務(wù)。路燈控制器現(xiàn)有兩種類型，室內(nèi)型：安裝在室

21、內(nèi)照明控制柜下端；戶外型：可按照用戶要求進行安裝，放置在不銹鋼的機柜里，保護等級IP54。路燈控制器廣泛應用于市政道路、高速公路、橋梁、隧道、園林、碼頭、觀光景燈、體育廣場、游樂場所、廣告燈箱等公共照明環(huán)境；路燈控制器適用的燈具類型：高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈、高壓汞燈、熒光燈等所有氣體放電式照明燈具。 J R10 R2 C1 R7 J R1 R4 R6 BG4 BG0 BG2 BG3 R9 R11 BG1 R3 R5 R8 圖3.4 報警電路 圖3.5 獨立式按鍵電路LED發(fā)光電路設(shè)計聚光型LED的發(fā)光強度數(shù)值很高，因為它的光線是經(jīng)過其本身把光線聚合起來，所以它的發(fā)光角度一般都較小，光

22、線照射范圍小，其發(fā)出的光就像手電筒發(fā)出的光束，光斑的亮度很高，但光斑外圍就不太高了。而散光型的LED發(fā)光強度數(shù)值較低，它的發(fā)光角度大，可達120度以上，因此它的光照范圍大，發(fā)出的光線均勻，就像普通照明燈發(fā)出的光，雖然散光型的LED所標亮度值一般都較低，但實際上它們發(fā)出的總光通量（總的光線）一般都是高于聚光型的LED。聚光型的LED最適合于要求亮度高，但照射范圍較小的場合，如制作射燈、筒燈、手電筒等，而散光型的LED則更適合于一般的房間照明和需要光線柔和均勻的場合，因此，要根據(jù)具體的情況進行選擇，以達到最好的照明效果。并聯(lián)接法只需要在每個LED兩端施加較低的電壓，但需要利用鎮(zhèn)流電阻或電流源來保證每個LED的亮度一致。如果流過每個LED的偏置電流大小不同，則它們的亮度也不同，從而導致整個光源亮度不均勻。然而，利用鎮(zhèn)流電阻或電流源來保證LED的亮度一致將縮短電池的使用壽命。采用串聯(lián)接法本質(zhì)上可以很好保證流過每只LED電流的一致性，但要求電源電壓要高。1.穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標：1)特性指標：輸入電源、輸出電壓及輸出調(diào)節(jié)范圍2)質(zhì)量指標：穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路: + - 123 45 67 89 1011 12 13141516 輸入電壓變化時引起輸