《太阳能LED路灯设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能LED路灯设计方案（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太阳能 LED 路灯设计文献太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5 亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般认为，节能灯可节能4/5 是伟大的创举，但LED 比节能灯还要节能1/4，这是固体光源更伟大的改革。1、系统介绍1.1 系统基本组成简介如图2，系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED 灯头、控制箱（内有控制器、蓄 电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2 （峰值功率） ，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W 白光 L
2、ED 和 1W 黄光 LED 集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“ 免维护电池 ” ，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。1.2、工作原理介绍系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux 左右、太阳能电池板开路电压4.
3、5V 左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5 小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。2、系统设计思想太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。2.1、太阳能电池组件选型设计要求：浙江金华地区，太阳辐射量约为4700MJ/m2。金华市太阳直接辐射的利用时数以春秋季最多，每日平均近 8h，而在冬季阴雨天，太阳集热器收集到的热量不足，需要有辅助加热系统补热。负载输入电压24V 功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7 天。 近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2 ，
4、经简单计算广州地区峰值日照时数约为3.424h； 负载日耗电量= = 12.2AH 所需太阳能组件的总充电电流= 1.05 12.2 （3.424 0.85）=5.9A 在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20 天， 1.05 为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85 为蓄电池充电效率。太阳能组件的最少总功率数= 17.2 5.9 = 102W 选用峰值输出功率110Wp、单块 55Wp 的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。2.2、蓄电池选型蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。根据上面的计算知道，负载日耗电量12.2AH 。在蓄电池充满情况
5、下，可以连续工作7 个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量：12.2 （7+1） = 97.6 （AH ） ，选用 2 台 12V100AH 的蓄电池就可以满足要求了。2.3 太阳能电池组件支架2.3.1 倾角设计为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为广州地区，依据本次设计参考相关文献中的资料1，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。2.3.2 抗风设计在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为
6、电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。太阳能电池组件支架的抗风设计依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风） ， 根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。 所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。路灯灯杆的抗风设计路灯的参数如下：电池板倾角A = 16o 灯杆高度= 5m 设计选取灯杆底部焊缝宽度 = 4mm 灯杆底部外径= 1
7、68mm 如图 3，焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计算点P 到灯杆受到的电池板作用荷载F 作用线的距离为 PQ = 5000+ （168+6）/tan16o Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F 1.545。根据 27m/s 的设计最大允许风速， 2 30W 的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。 考虑 1.3 的安全系数，F = 1.3730 = 949N 。所以， M = F 1.545 = 9491.545 = 1466N.m 。根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = （3r2 3r 23 ） 。上式中，
8、r 是圆环内径， 是圆环宽度。破坏面抵抗矩W = （3r2 3r 23 ）= （3 842 43 84 4243） = 88768mm3 =88.768 106 m3 风荷载在破坏面上作用矩引起的应力= M/W = 1466/（88.768 106） =16.5 106pa =16.5 Mpa 215Mpa 其中， 215 Mpa 是 Q235 钢的抗弯强度。所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。2.4 控制器太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。蓄电池防过充、过放保护电压一般参数如表1，当蓄
9、电池电压达到设定值后就改变电路的状态。在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客户群的需求特点选定相应的方案，在此不一一详述。2.5 表面处理该系列产品采用静电涂装新技术，以FP 专业建材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求，同时产品自洁性高、抗蚀性强，耐老化，适用于任何气候环境。加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装，使产品性能大大提高，达到了最严格的AAMA2605.2005的要求，其它指标均已达到或超过GB 的相关要求。3、结束语整体设计基本上考虑到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方
10、法，设计思想比较科学；抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环节之间匹配性较好。目前，太阳能LED 照明的初投资问题仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED 的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。所需太阳能组件的总充电电流= 1.0512.
11、2（ 3.424 0.85）=5.9A 5.9A 是如何得出来的，根据上面的计算知道，负载日耗电量12.2AH 。在蓄电池充满情况下，可以连续工作7 个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量：12.2（ 7+1） = 97.6 （AH ） ，选用 2 台 12V100AH 的蓄电池就可以满足要求了。难道要把蓄电池的容量全部用完？任何一款太阳能灯具产品我们必须先了解太阳能电池，太阳能电池有五大电性能参数：1、Isc 是短路电流2、是峰值电流3、Voc 是开路电压4、Vm 是峰值电压5、Pm 是峰值功率Pm 是峰值功率 = Im 是峰值电流 Vm 是峰值电压注：以上计算跟据太阳能电池的外特性对
12、于单片太阳能电池来说，它是一个PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN 结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。用户可以先看太阳能电池来知道价格，性能及太阳能灯具照明的稳定性，下面我会根据和负载，蓄电池之间作介绍。充放电控制器无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电，.另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复
13、杂些。对于太阳能灯具的设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。没有一个性能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。充放电控制器必须要到以下几个特点：1、防反充电控制2、防过充电控制3、防过放电控制4、温度补偿蓄电池由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作，太阳能灯具也不例外，必须配置蓄电池才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni -Cd 蓄电池、 Ni-H 蓄电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能
14、够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池的选择也是要看太阳能电池，负载来确定的，下面我们在系统设计中作介绍。负载太阳能灯具产品以节能环保为优势，当然负载要节能，寿命长。我们一般采用LED 灯与 12V 直流节能灯及低压钠灯等。目前多数草坪灯选用LED 作为光源， LED 寿命长，可以达100000 小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。庭园灯一般采用12V 直流节能灯，直流节能灯电压为直流，无需逆变，方便安全。路灯一般采用12V 直流节能灯与低压钠灯，低压钠灯
15、光效高 （可达 200LM/W ） 。但由于低压钠灯价格比较昂贵，采用较少。灯具外壳我们收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。灯具外观要求不要很高，相对实用就行。目前有很多厂家外观很漂亮，选用不锈钢外壳。但性能到底怎样呢？这又让我们深思！系统设计一款好的太阳能灯具产品，关键在于系统设计，怎样才是合理的系统设计呢？那就让我们先了解一下影响系统的几个重要因素吧！纬度太阳能方阵面上的年总辐射量最长无日照天数日耗电量平均每日峰值日照时数让我们试想一下： 如果太阳能电池充电量不足每天放电量会怎样呢？如果连续几年阴雨天系统还能照明吗？这些问题都要我们设计人员的精心设计。下面我
16、又给大家介绍一种简单判断太阳能灯具系统性能的方法：我们必须知道系统负载功率， 1：太阳能电池功率必须比负载功率高出4 倍以上系统才能正常工作。2：蓄电池容量必须比负载日耗电量高出3 倍以上（西部地区） ，南方地区要高出5 倍以上为好。太阳能灯具之一1 太阳能电池的外特性从应用的角度论述，大家主要关心的是太阳能电池的外特性。首先，对于单片太阳能电池来说，它是一个PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN 结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2mV ，对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件。太阳能电池一般都如下参数：Isc 是短路电流， Im 是峰值电流， Voc 是开路电压。 Vm 是峰值电压， Pm 是峰值功率。在使用中， 太阳能电池开路或者短
