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1、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文目录1绪论31.1我国太阳能的资源状况31.2国家政策41.3 太阳能路灯与普通路灯的比较61.4 太阳能路灯的发展前景72设计思想82.1 设计思路及原则82.2 设计要求83太阳能路灯照明系统介绍93.1 太阳能路灯照明系统基本组成93.2 太阳能路灯照明系统工作原理介绍94 各部件的组成及工作原理114.1 太阳能电池的组成及工作原理114.1.1 太阳能电池的分类114.1.2 硅太阳能电池工作原理与结构114.1.3 太阳能电池组件144.1.4 太阳能电池组件结构174.2 蓄电池的结构及原理194.2.1 铅酸蓄电池的结构及工作原理204.3
2、控制器的基本工作原理204.3.1 蓄电池充电214.3.2 蓄电池给LED供电224.4 LED光源235 30W太阳能路灯系统设计245.1 太阳能路灯系统设计所在地位置265.4 太阳能电池组件的选择275.4.1 太阳电池组件的基本要求275.4.2 单晶硅太阳能电池组件的结构及技术参数285.5 蓄电池的选型315.5.1 阀控式密封免维护铅酸蓄电池315.5.2 蓄电池结构315.5.3 电池性能325.6 系统硬件设计345.6.1 电源电路345.6.2 太阳能电池板组件345.6.3 照明负载355.6.4蓄电池和太阳能板的选用375.6.5显示电路395.6.6 过充、过放
3、控制电路395.6.7 DS1302的结构及工作原理415.6.8 存储器AT24C02简介425.7光源的设计及选择465.7.1 使用LED作为照明的理由465.7.2 所选用的LED路灯特点465.7.3 产品参数475.8 太阳能电池最佳倾角的设计485.9 LED路灯工程设计485.9.1 LED路灯道路照明设计485.9.2 单臂灯的工程安装步骤505.9.3 太阳能路灯的安装和施工516 系统软件设计53结 论56致谢57参考文献58附录1 总体电路图59 1绪论1.1我国太阳能的资源状况全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可
4、持续发展急需解决的问题。每年照明消耗电能约占全部电能消耗的12%15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。我国各地区太阳能资源情况见表1-1。随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。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。太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受重视。同时，随着太阳能光伏发电技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的
5、优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。表1-1 我国各地区太阳能资源情况类型地区年日照时数/h年总辐射总量/（kcal/cm2a）1西藏西部、新疆东南部、青海西部、甘肃西部280033001602002西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南部、甘肃中部、内蒙古、 山西北部、河北西北部300032001401603新疆北部、甘肃东南部、 山西南部、 山西北部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部220030001201404湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、广西北部、山西南部、江苏
6、南部、安徽南部、黑龙江140022001001201.2国家政策中国光伏发电产业起步于20世纪70年代，经过30多年的努力，迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”和“送电到乡”等国家项目及世界光伏发电市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底，全国光伏发电系统的累计装机容量达到10万千瓦，2008年太阳能电池的产量达到了200万千瓦。2008下半年以来，金融风暴危及到中国，光伏发电企业深受影响：订单减少，多晶硅的价格下降。这次金融危机的影响是深远的，但太阳能以其独特的优势，决定了它的发展趋势并没有也不可能改变。此次金融危机，对正处于行业洗牌阶段的太阳能产业来说，并不一定是件坏
7、事，反而对促进产业的快速升级具有现实意义。另外中央实行的一些措施都着眼于拉动内需、拉动农村经济发展、拉动中小企业发展，对太阳能热利用行业发展非常有益。在金融危机形势下，2009年3月中国出台了“太阳能屋顶计划”，2009 年7 月21日财政部、科技部、国家能源局联合宣布在我国正式启动“金太阳”示范工程。这些政策将推动国内太阳能发电市场的发展，在我国政府强有力的政策引导下如表1-2，光伏发电产业不仅让国内企业看到了机遇，而且已经吸引了世界的目光。中国科学院党组已正式批准启动实施太阳能行动计划，该计划以2050年前后太阳能作为重要能源为远景目标，并确定了2015年分布式利用、2025年替代利用、2
8、035年规模利用三个阶段目标，太阳能产业在中国市场发展前景广阔。表1-2 相关政策文件编号内容职能部门/时间国发200628号国务院关于加强节能工作的决定2006-8-6国发200823号国务院关于进一步加强节油节电工作的通知国务院2008-8-1财建2009213号关于开展“节能产品惠民工程”的通知，高效节能产品推广财政补助资金管理暂行办法财务部 国家发改委 2009-5-18新税法财政部税务总局关于节能减税收政策财务部 税务总局无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。1.3 太阳能路灯与普通路灯的比较普通照明路灯安装复杂：普通
9、路灯工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能路灯安装简便：太阳能路灯安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。普通路灯电费高昂：普通路灯工作中需要支付固定高昂的电费，并且需要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能路灯具免电费：太阳能路灯是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。普通路灯存在安全隐患：普通路灯在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常
10、、水电气管道的冲突等方面都会带来诸多安全隐患。 太阳能路灯没有安全隐患：太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势：绿色环保。综上对比所述，太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。1.4 太阳能路灯的发展前景目前，太阳能LED照明的最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
11、现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。2设计思想2.1 设计思路及原则设计思路：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。首先是根据用电负载（LED光源）的用电量，确定太阳能组件的功率，然后确定蓄电池的容量，再进行电气设计、光源设计和设备选型，最后进行系统的结构设计，设计中要确保太阳能LED路灯运行的稳定性和可靠性。设计的原则：对于照明系统设计一般我们需要考虑以下几个问题： （1）从功能上,道路照明系统的主要功能是保证交通安全，提高交通运输效率、保障人身安全、提供舒适环境、提升工厂形象。（2）在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低
12、系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。（3）另外还要结合当地的光资源情况。 2.2 设计要求（1）电池板功率的计算和选用；（2）蓄电池容量、充放电控制和充放电状态显示；（3）连续阴雨天三天路灯仍能照明； (4）光线暗时路灯自动点亮，为节省电能晚上24点熄灭，早上5点路灯点亮，早上光线强时路灯自动熄灭（开关灯时间点可调）；（5）系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。3太阳能路灯照明系统介绍 3.1 太阳能路灯照明系统基本组成 照明系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED光源、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆等几部分构成；太阳能电池板的光效达到127Wp/m2，效率较高，对
13、系统的抗风设计非常有利；灯头部分以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。 3.2 太阳能路灯照明系统工作原理介绍 系统工作原理如图3-1所示，利用光生伏打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10
14、lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V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天黑时自动开灯；天亮时自动关灯；在蓄电池电量不足时，自动断开负载，防止蓄电池过放电；并有短路保护、反接保护等。蓄电池太阳电池太阳能路灯控制器K130WK2 图3-1系统原理图4 各部件的组成及工作原理4.1 太阳能电池的组成及工作原理4.1.1 太阳能电池的分类太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和
15、有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、V族(GaAs,InP等)、族(Cds系)和磷化锌 (Zn3P2 )等。 太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶的太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。4.1.2 硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构，如图4-1。 图4-1图4-1中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当含硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、
