新余市太阳能LED路灯设计

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1、 课课程程设设计计 课程名称课程名称 太阳能太阳能 LEDLED 路灯设计路灯设计 班班 级级 1010 级光伏发电级光伏发电 2 2 班班 专专 业业 光伏发电技术及应用光伏发电技术及应用 学学 号：号： 10030302221003030222 姓姓 名：名： 刘刘 正正 指导教师：指导教师： 李李 玲玲 提交日期：提交日期： 2012 年年 6 月月 12 日日 课课程程设设计计成成绩绩： 1 1 目录目录 摘要摘要1 1 第一章第一章 太阳能太阳能 LEDLED 路灯发电系统的设计路灯发电系统的设计1 1 1.1 太阳能 LED 路灯系统的简介.1 1.2 太阳能 LED 路灯设计原则

2、.2 1.3 新余市地理位置以及气候特征.2 1.4 太阳能路灯的光源的选择.3 1.5 蓄电池组容量的设计.3 1.6 太阳电池方阵设计.4 1.6.1 太阳能方阵的倾角 .4 1.7 太阳电池方阵的容量.5 1.7.1 估算太阳电池方阵电流 .5 1.7.2 估算太阳电池方阵输出电压 .5 1.7.3 最后确定功率 .6 第二章第二章 太阳能太阳能 LEDLED 路灯设备简介以及选型路灯设备简介以及选型6 6 2.1 LED 灯的简介以及选型 6 2.1.1 LED 灯发光原理 6 2.1.2 LED 灯的基本参数 7 2.2 蓄电池的简介以及选型.8 2.2.1 蓄电池简介 .8 2.2

3、.2 蓄电池的基本参数 .8 2 2 2.3 太阳电池组件简介及其参数.9 2.4 控制器选择.11 2.4.1 控制器的简介 11 2.4.2 控制器的基本参数11 2.5 灯杆的选择 12 第三章第三章: :太阳能太阳能 LEDLED 路灯的安装路灯的安装1313 3.1 太阳能组件的安装13 3.2 太阳能蓄电池的安装13 3.3 太阳能灯具的安装13 3.4 地基浇筑15 第四章第四章 设计总费用及性价比分析设计总费用及性价比分析1515 4.1 LED 路灯系统总费用估算 15 4.2 LED 路灯系统与节能灯系统性价比对比分析 16 参考文献 .17 课程设计心得体会 .19 1

4、1 新余市太阳能 LED 路灯系统设计 摘要摘要: : 为积极响应国家节能减排、大力开发利用新能源，以实际 应用为目的，根据新余市基本气象条件,围绕太阳能光伏发电技术和 LED 照明技术，设计了一套太阳能 LED 路灯系统。介绍了太阳能电池组件、 光伏控制器、LED 灯，蓄电池组的相关技术参数、选取原则及相互之间的 容量匹配。 根据各个器件的工作原理及工作环境，构建成一个具有可行性的 小型光伏系统。通过与节能灯系统的相互比较，得出 LED 灯使用优于节 能灯。不仅适用，而且环保。让我们提高使用 LED 灯的理念。 关键词：关键词：太阳能 LED 路灯系统、新余市基本气象,太阳电池组件、光 伏控

5、制器、蓄电池组、LED 灯、节能灯、性价比 第一章第一章 太阳能太阳能 LEDLED 路灯发电系统的设计路灯发电系统的设计 1.11.1 太阳能太阳能 LEDLED 路灯系统的简介路灯系统的简介 太阳能路灯系统由太阳能组件,蓄电池组,智能控制器,高效节能 LED 灯,灯架,安装材料等组成。系统的工作原理：在智能控制器控制下，白 天太阳电池组件向蓄电池充电，晚上蓄电池组提供给 LED 路灯。实际太 阳能路灯相当于离网式小型独立电站，采取蓄电池组贮能。其工作原理 图如下所示： 2 2 太阳电池方阵太阳电池方阵智能控制器智能控制器 直直 流流 负负 载载 蓄蓄 电电 池池 组组 光控单元光控单元计时

6、单元计时单元 1.21.2 太阳能太阳能 LEDLED 路灯设计原则路灯设计原则 太阳能电池组件发电路灯系统的总原则是在保证满足负载供电需要的 前提下，确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池组件容量，以尽 量减少初始投资。在设计的计算过程中，需要的基本数据主要有：现场 的地理位置，包括地点，纬度，经度和海拔高度等;安装地点的气象资料， 包括逐月 太阳能总辐照量，直接辐照量以及散辐射量，年平均气温和最 高，最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹，降雪等特殊气 象情况。 1.31.3 新余市地理位置以及气候特征新余市地理位置以及气候特征 新余市位于江西省中部偏西，袁河中下游，鄱阳湖平原边缘

7、，地处北 3 3 纬 27332805，东经 1142915024。全境东西最长处 101.9 公里， 南北最宽处 65 公里，东距省会南昌市 150 公里，土地总面 积 3164 平方公里。 新余市属亚热带湿润性气候，雨量充沛，气候温和，无霜期长，严 冬期短。新余市历年平均基本气象资料如下表所示： 年水平辐射量斜面辐射量气温 最低 气温 相对 湿度 日照 时数 最长连续 阴雨天数 平 均 13094KJ/13714KJ/29.4-7.274%-84% 1655h 5 天 1.41.4 太阳能路灯的光源的选择太阳能路灯的光源的选择 光源尽量选直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、

8、低压钠灯和 LED 光源。LED 作为半导体光源，其发展势头强劲，是太阳 能路灯最为理想的光源。本系统采用 LED 光源，结合新余市区的实际情 况 ，我们采用高效太阳能 LED 路灯（光源功率 50W，DC24V） ，规格 50 只 LED、每只 1 W 作为负载。 1.51.5 蓄电池组容量的设计蓄电池组容量的设计 （1）根据 LED 灯有关的参数和负载每天工作 10h 确定负载的大小： 每天的耗电量 Q=I h=50w1024=21Ah；（2）新余市最长连续阴雨天数 为 5 天（另加阴雨前一夜的用电，计 6 天）蓄电池放电深度 a=80% ，所 以蓄电池容量 C=6Q/a =21Ah（51

9、）80% =157.5Ah；(4)根据蓄 4 4 电池的规格：取 C=200Ah；(5)每个蓄电池都有自己的标称电压，为了达 到负载工作的标称电压，需要将蓄电池串联起来给负载供电，串联蓄电 池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压。蓄电池串联数=负 载标称电压蓄电池标称电压=24V12V=2 个。蓄电池并联数=蓄电池总 容量所选单个蓄电池的容量=157.5Ah200Ah=0.79。取整数 1。所以该 路灯系统需要使用 12V/200Ah 的蓄电池的个数为：2 串联*1 并联=2 个。 1.61.6 太阳电池方阵设计太阳电池方阵设计 1.6.11.6.1 太阳能方阵的倾角太阳能方阵的倾角

10、在光伏供电系统设计中，光伏组件方阵的放置形式和放置角度对光 伏系统接受的太阳辐射有很大影响，从而影响到光伏供电系统的发发电 能力。与光伏组件方阵放置相关的有下列两个角度参量：太阳电池组件 倾角；太阳电池组件方位角。 太阳电池组件倾角是太阳电池组件平面与水平面的夹角。光伏组件 方阵的方位角是方阵的垂直面与正南面的夹角（向东偏设定为负角度， 向西偏设定为正角度） 固定安装的 LED 路灯系统涉及到如何选择最佳倾角以及如何计算斜 面上的太阳辐射。对于其倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑； （1）连续性（2）均匀性（3）极大性，在这里我们采用近似的方法来确 定倾角。一般的，在我国南方地区，方阵倾角可

11、比当地纬度高 10 15。北方地区倾角比当地纬度增加 510由于新余地区位于北纬 27332805，因此取当地的纬度大约为 28，所以太阳电池方 5 5 阵倾角 Q=28+ 10=38 方位角计算：通过新余基本气象调查，一天中负荷的峰值时刻为 20:00，该地区的的经度为东经 1142915024，所以方位角 Q1=（一天中负荷的峰值时刻-12）15+（经度-116）=（20-12） 15+（150-116）=154 1.71.7 太阳电池方阵的容量太阳电池方阵的容量 1.7.11.7.1 估算太阳电池方阵电流估算太阳电池方阵电流 由基本气象资料可知，倾斜面上全年平均辐射量为 13714KJ/

12、 =3809.4Wh/。所以全年平均日照时数：Tm=HtWh/1000w/ =3809.4Wh/1000w/=3.81h/d；在日常计算中可以根据峰值日照小 时数来计算,将日常辐照能换成 1000W/辐照条件下工作小时数,则有: Tm=3000 Wh/1000w/=3h/d。取 Tm 为 3 h/d 则太阳电池方阵应输出 的最小电流为：Imin=21（Tma1a2）=21（30.90.9） =8.7A。 （算式中 a1 表示蓄电池充电效率 a2 表示方阵表面灰尘遮蔽损失， Q 为负载每天总耗电量） 方阵的最佳电流介于 Imin 和 Imax 之间，但由于没有太阳电池方阵 每月的辐照量而无法计算

13、出方阵各月输出电量及负载耗电量以及蓄电池 的荷电状态，因此将太阳电池方阵应输出的最小电流作为太阳电池方阵 最佳电流 I=8.7A。 6 6 1.7.21.7.2 估算太阳电池方阵输出电压估算太阳电池方阵输出电压 方阵的电压输出要足够大，以保证全年能有效地对蓄电池充电。方 阵在任何季节的工作电压应满足：V = Vf + Vd （算式中 Vf 表示蓄电 池浮充电压，Vd 表示因线路（包括阻塞二极管）损耗引起的电压降） 。单 只铅酸蓄电池工作电压为 12V，故需 12 个单体电池串联才可满足系统的 工作电压 24V。每只单体铅酸电池的工作电压为：2.02.35，取线路压 降：Vd=0.7V，则方阵工

14、作电压为：V = Vf + Vd =122.2+0.7=27.1V 1.7.31.7.3 最后确定功率最后确定功率 设太阳电池的最高工作温度为 60，则方阵的输出功率为： P=IV/1-a(tmax-25)=8.727.1/1-0.5%(60-25)=286 W （式中：a 为 太阳电池功率的温度系数，对一般硅太阳电池，a=0.5%，tmax 为太阳能 电池最高工作温度） 。 取 P=300W，最后取太阳电池方阵的输出功率为 300W，可以用两块 150W 的组件(每块电压约为 18V)联起来。 第二章第二章 太阳能太阳能 LEDLED 路灯设备简介以及选型路灯设备简介以及选型 2.12.1

15、LEDLED 灯的简介以及选型灯的简介以及选型 2.1.12.1.1 LEDLED 灯发光原理灯发光原理 LED 即发光二极管，主要由 PN 结芯片、电极和光学系统组成。其发 光体晶片的面积为 10.12mil（1mil=0.0254 平方毫米） ，目前国际上 7 7 出现大晶片 LED，晶片面积达 40mil。 其发光过程包括三部分：正向 偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装 在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带 正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和 空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量 反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的 能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同 的带隙，从而能够发出不同颜色的光。 2.1.22.1.2 LEDLED 灯的基本参数灯的基本参数 本设计采用功率为 50w LED 灯，其基本参数如下表所示： 品牌上海传金 型号 CJ-T50 额电功率 50W 额定电压 DC24V 相关色温 2800-6500K LED 发光效率 110lm/w 相对湿度10%80% 防尘防水等级 IP65 环境温度-3050 外形尺寸500*300*82（mm） 光源寿命50000h 8 8 功率因素92% 价 格50