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1、 应急供电型太阳能草坪灯设计书 摘要 太阳能系列草坪灯主要用来亮化点缀照明，采用高亮度LED发光二极管设计，具有亮度高、安装简便、工作可靠、不敷设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点。太阳能草坪灯光源及电源系统设计方法由于太阳能草坪灯独特的优点，近年来得到迅速发展。草坪灯功率小，主要以装饰为目的，对可移动性要求高，电路铺设困难，防水要求高的场地适用。但是由于发展速度过快，导致了我们已经面世的一些草坪灯具有先天的不足。比如一些产品功能单一、实用性仅仅是照明美观之用，这些无异于是对太阳能产品的不重视。本文就设计一款倾向于紧急备用电源和具有照明引路功能的太阳能草坪灯显示出许多前所未有的优势。本设计
2、首先采用了太阳能电池作为能源，以达到环保节能的目的，其次内部设置有蓄电池，用于保证在阴雨天气对蓄电池进行充电，以给草坪灯供电。控制电路分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略，能根据光线和定时控制的要求决定草坪灯的点亮和关断。系统有很好的抗干扰性，由于具有备用电源功能，因此其连续工作时间比市场上的产品要久许多。关键词：太阳能草坪灯 、备用电源、应急、蓄电池； 目录1 引言31.1太阳能草坪灯简介31.2 太阳能草坪灯的结构组成42 可应急供电型太阳能草坪灯的设计42.1 设计思路42.2 产品的功耗、容量计算52.2.1 新余周边城市近30年天气概况表1162.2.2 蓄电池容量计算与选取72
3、.2.3 太阳能电池板功率计算与设计92.2.4 产品光源的选取102.3 产品的电路设计123 产品设计总体分析133.1 产品性价比分析133.2 总结与心得体会14参考文献151 引言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原
4、理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际
5、太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。自“六五”以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。1.1太阳能草坪灯简介 LED太阳能草坪灯是一种集节能环保、照明与美化环境为一体的新型的绿色能源景观照明灯具。太阳能草坪灯节能、环保、安全、美观。该太阳能草坪灯采用高效率单晶硅太阳能
6、电池组件，白天可将太阳光光能转换成电能储存于蓄电池，夜晚天黑后则自动点亮灯管照明，广泛适用于公园草坪、花园别墅、广场绿地、旅游景点、度假村、高尔夫球场、企业工厂绿地亮化美化、住宅小区绿地照明、各种绿化带等的景观点缀、景观照明。1.2 太阳能草坪灯的结构组成LED太阳能草坪灯由太阳能电池组件（电池板）、超高亮度LED灯（光源）、免维护可充电蓄电池、自动控制电路、灯具等组成。如图1所示 图1 太阳能草坪灯结构组成图2 可应急供电型太阳能草坪灯的设计2.1 设计思路根据我们前面的调研发现，目前市场上的草坪灯大都重于照明和美观作用。仅仅不同的地方就是不同地方它们所需要的设备类型、性能、数值和其外表有所
7、差别。在整体的设计思路上也是大致一样，这无异于大大降低了太阳能草坪灯的使用局限性和功能单一性。为此，我们小组在其功能上自主开发了一款可具有临时供电功能的太阳能草坪灯，以备我们不时之需。 应急供电型太阳能草坪灯外形与内部简图2.2 产品的功耗、容量计算 根据新余市当地的天气情况，我们小组对该产品的太阳能电池板功率、尺寸、蓄电池容量、控制器类型、LED灯选择、外形设计上进行了相关的计算与研究。以做出最适合当地气候条件的可应急供电型的太阳能草坪灯。以达到我们所预期的要求。 新余周边城市近30年天气概况表11 赣州 氣象站位置： 北緯 25.9 度， 東經 115.0 度， 海拔 124 米氣候資料1
8、 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10月11月12月平均最高气温 1961-199012.513.417.923.728.431.134.534.230.825.92014.9平均气温 1961-19908.19.413.819.42426.829.52926.121.215.410平均最低气温 1961-199056.610.716.120.723.525.725.222.617.611.96.5降雨量 mm1961-199061.295.5160.7200.5214.6209.196.7122.793.376.153.838.3降雨日數1961-19907.210.613
9、.614.414.312.388.77.15.75.35.1平均日照 H1961-19903.32.72.63.54.85.78.88.26.45.54.84.6 南昌 氣象站位置： 北緯 28.6 度， 東經 115.9 度， 海拔 47 米氣候資料1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10月11月12月平均最高气温 1961-19908.99.814.82126.129.333.833.628.923.617.511.7平均气温 1961-19905.16.310.91722.225.629.529.224.719.313.27.5平均最低气温 1961-19902.43.
10、88.11419.222.72625.821.716.110.14.3降雨量 mm1961-199056.1101.5150.9224.3253282122.4103.375.257.554.540.5降雨日數1961-19907.99.413.914.113.911.776.65.55.965.4平均日照 H1961-19903.3333.94.85.38.58.56.55.24.84.4在地理外置上，新余市与南昌和赣州的距离分别为160KM、290KM，因此我们用插值法算出新余市当地连续阴雨天。南昌(离当地距离，月平均阴雨天)=(160,8.9)赣州(离当地距离，月平均阴雨天)=(290,
11、7.4)新余市阴雨天：290*1.5/450+7.4=8.3 天新余市连续阴雨天约为：3 天 蓄电池容量计算与选取 太阳能草坪灯配置的计算一般按照独立光伏系统的设计方法进行,下面是太阳能草坪灯配置的设计步骤:设计要求:LED灯的输入电压为3 V，灯组功率为1 W,每天工作时数9 h,连续阴雨天数取3 天,1. 负载日电量耗 : （13）9=3Ah2. 蓄电池容量的计算: 容量计算公式如下:蓄电池容量=负载功率日工作时间(连续阴雨天数)放电深度系统电压其中:蓄电池容量单位为Ah; 负载功率单位为W; 日工作时间单位为h; 存贮天数单位为d; 放电深度,镍镉蓄电池取0.85左右; 系统电压单位为V
12、。根据上面计算:负载日耗电量3Ah蓄电池容量=330.853=3.5Ah由于本产品考虑到作为备用电源使用则蓄电池选取为：5V,5Ah3. 蓄电池的选择表 2 太阳能光伏系统中常用的蓄电池比较蓄电池种类电压（V)能量密度（Wh/kg)价格元、Wh)自放电（/月）容量效率（）循环次数（次数）备注镍镉蓄电池1.25015-3067-75500有记忆效应，充放电控制电路简单锂蓄电池3.61002-5951000防止过充过放电铅酸蓄电池230590400寿命短，使用时间不长 ( 1)从表 中可以看出, 单位 Wh 价格 , 以锂电池价格最高,是铅酸蓄电池的 5 7 倍 , 镍镉蓄电池是铅酸蓄电池的 2
13、3 倍,镍氢电池价格目前还是高于镍镉电池的价格, 是铅酸蓄电池价格的3 4倍。( 2)镍镉/镍氢电池有相对简单的充放电控制电路,这是因为镍镉/镍氢电池都有比较强的耐过充、 过放能力, 由于镍镉电池的镉电极和氧化镍电极属于不溶性电极, 因此镍镉电池不会因过充电而引起负极金属枝晶的产生和生长, 也不会引起隔膜的破坏而造成电池内部短路。镍镉/镍氢电池都具有一定的耐过放能力 , 能够完全放电, 在完全放电( 终止电压 1. 0 1. 1 V)深循环下 , 也有很好的寿命, 因此镍镉/镍氢电池应用于太阳能草坪灯等小型光伏系统中, 只需要为系统设计合适的太阳电池板容量, 而不需要过充、 过放保护电路 , 这可能使系统控成本降低 。( 3)在正常工作的条件下, 锂电池的充放电容量效率最高 , 而镍镉电池的充放电容量效率为67 % 75 %, 充放电电能效率为 55 % 65 %,镍氢电池的充放电容量效率典型值也只有 66 %,这些值相对于铅酸蓄电池的充放电 90 %的容量效率和以及 80 %的电能效率都明显偏低 。( 4)比较几种蓄电池, 其中以锂蓄电池的寿命最长, 镍镉/镍氢电池的循环使用寿命也长于小型阀控封铅酸蓄电池。小型
