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1、江 西 省 机 电 职 业 技 术 学 院10 大专光伏班课程设计课程名称：光伏技术与工艺题目：30W 太阳能 LED 路灯照明系统设计系：电气工程系专业班级：10 光伏（1）班学号：13 学生姓名：李泽文起讫日期：2012.06.04 2012.06.08 指导教师：蓝师文一、课程设计题目：30W 太阳能 LED 路灯照明系统设计二、目的意义：背景：本次课程设计目的：课程设计的意义：太阳能路灯的优势：三、设计要求：LED太阳能路灯光源功率为 30 W,工作电压为直流 12 V。要求路灯每天工作h,保证连续个阴雨天能正常工作。南昌市区地处北纬 28 09，东经11527，海拔 22米，全年平均
2、日照时间 3.81 。昌北地区主干道宽 m，长 km。四、设计思路及其设计原则设计思路：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、提升城市形象。（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，
3、降低系统功耗，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。五、太阳能路灯照明系统介绍（一）系统组成与原理组成：LED太阳能路灯照明系统由太阳能电池组件、LED光源、控制器、蓄电池和灯杆支架等几部分构成。原理：如图所示，太阳能路灯是利用太阳能电池板，白天接收太阳辐射能并转化为电能，经过控制器储存在蓄电池中，夜晚控制器动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电若干小时后，控制器动作，蓄电池放电结束。控制器的主要作用是控制路灯打开和关闭，同时保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命。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。（二）光源光源应尽量选
4、直流光源。目前常见的光源有直流节能灯、高频无极灯、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，结合本地的实际情况，我们采用高效太阳能LED路灯（光源功率 30 W，12 V）。（三）蓄电池蓄电池功能：将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到夜晚需要照明的时候再释放出来。同时应保证阴雨天时可提供若干天路灯夜间照明的用电需要。1 类型选择1）铅酸(CS)蓄电池：适于低温高倍率放电，比能量偏低，目前大部分太阳能路灯采用。密封免维护，价格低。注意防止铅酸污染，应逐步淘汰。2）镍镉(Ni-Cd)蓄电池：放电倍率高、低温性能好，循环寿命
5、长，小型系统采用。注意防止镉污染。3）镍氢(Ni-H)蓄电池：高倍率放电，低温性能好，价格便宜，无污染，为绿色环保电池。小型系统采用。要大力提倡目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池，普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。2容量选择蓄电池容量过小，不能满足夜晚照明的需要；容量过大，蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，也造成浪费。蓄电池容量(Ah)与负载容量（Ah）之比宜在36倍以上：连续阴雨天数较少地区约为34倍以上，连续阴雨天教较多地区约为 56倍以上。蓄电池容量应根据实际情况，考虑相关系数的添加，计算出合理的容量。（四）控制器太阳能路灯的运行由控制器来控制。控制器大都实现了智能控制控制器应具有
6、以下功能：1路灯控制光控、时控、温控等功能供选择。具有调光(或半夜灯)功能2蓄电池管理对蓄电池充放电条件加以限制，延长其使用寿命：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。3自动保护太阳电池反接保护、蓄电池反接保护、蓄电池开路保护、夜间防反充保护、输出短路保护等。4数码显示显示太阳能路灯主要参教：蓄电池电压、太阳电池光伏电压等。5控制器电压控制器电压=蓄电池电压。6.控制器种类太阳能路灯跟普通路灯控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用。常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。单独的光控型一般采用
7、感光探头，当晚上光线弱时，自动开启路灯；早上光线较强时，自动关闭路灯，达到自动控制的作用。但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作。采用时钟控器型的路灯控制器，要预先设定开关时间，使路灯按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关
8、不会自动变换开关时间之短处。目前路灯控制常采用这种控制方式，但其价格较高，在路灯中使用将会增加成本。（五）太阳电池组件l.类型太阳能电池将太阳能转换为电能。较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等三种。1)单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定适合在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区使用；2)多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用；3）非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光不足的地区使用。2工作电压太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的l.5 倍，才能保证给蓄电池正常充电。如给 6v蓄电池充电需要用 89V 太阳能电池,给
9、12V蓄电池充电需要用 1518V太阳能电池。给24V蓄电池充电需用3336V太阳能电池。3.输出功率太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照明光源、线路传输部件所消耗的总功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜为光源功率的 35倍以上：光照丰富、开灯时短地区为(34)倍以上，反之为(4 5)倍以上。4.太阳能池组选择和安装路灯杆一般在 5m 以上，重心较高，大部分太阳电池板都是悬挂式，为增强整套设备的抗风力，一般选择多块太阳电池板组成所需要的组件功率。六、计算及选型1、日均耗电量=工作电压光源日工作时间光源功率 =光源工作电流光源日工作时间（Ah）2、蓄电池容量=
10、蓄电池放电深度日均耗电量）（自给天数1（Ah）3、太阳电池组件的输出电流=蓄电池充电效率日照时数太阳电池综合损失系数日均耗电量（A）4、太阳电池的输出功率=太阳电池输出电压输出电流（W）5、太阳电池板倾角设计城市纬度最佳倾角（0）年平均日照时间（h）城市纬度最佳倾角（0）年平均日照时间（h）哈尔滨45.68+3 4.4 杭州30.23+3 3.42 长春43.90+1 4.8 南昌28.67+2 3.81 沈阳41.77+1 4.6 福州26.08+4 3.46 北京39.8+4 5 济南36.68+6 4.44 天津39.10+5 4.65 郑州34.72+7 4.04 呼和浩特40.78+
11、3 5.6 武汉30.63+7 3.80 太原37.78+5 4.8 长沙28.20+6 3.22 乌鲁木齐43.78+12 4.6 广州23.13-7 3.52 西宁36.75+1 5.5 海口20.03+12 3.75 兰州36.05+8 4.4 南宁22.82+5 3.54 银川38.48+2 5.5 成都30.67+2 2.87 西安34.30+14 3.6 贵阳26.58+8 2.84 上海31.17+3 3.8 昆明25.02-8 4.26 南京32.00+5 3.94 拉萨29.70-8 6.7 合肥31.85+9 3.69 6、抗风设计计算在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常
12、重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。相关计算略。通过计算可知，所选设备为：蓄电池太阳电池组件控制器如下表所示：表 太阳能 LED路灯的配置方案序号配件名称规格单位数量备注1 太阳能电池组件W 块单晶硅或多晶硅2 蓄电池V/Ah 块铅酸蓄电池3 光源W LED 只暖白色4 充放电控制器V/A 台过充电、过放电保护5 灯杆m 根热镀锌、喷塑表 结构系统参数灯管高度m 组件支架优质钢材光源度m 表面处理热镀锌设计灯管间距m 灯管预埋件优质圆钢设计安装数量套灯杆基础C25混凝土浇筑灯杆材料优质冷轧薄板七、施工单臂灯的工程安装步骤如下：（1）灯
13、杆在运输时应采用塑袋封闭的包装形式，捆绑形式采用矩形包，中间用钢包带捆扎。灯盘运输时采用装箱运输形式。（2）当灯具运至施工现场后，开箱复检配件是否齐全。（3）利用 5T 起吊将灯杆吊起，安装灯臂、太阳能电池板以及灯具，并保证螺钉紧固到位。太阳能电池组件和灯具在安装前应进行必要的测试，在灯杆吊起前，对安装后的太阳能电池组件以及灯具进行系统的测试，以检验安装的正确性。（4）调整灯臂、灯杆的角度，确保灯臂、道路纵向成90（5）调整灯臂、灯杆的角度，确保灯具的投射角度垂直向下。（6）利用 5T 汽吊进行单臂灯的灯杆的整体吊整，并使灯杆的地板法兰与基础预埋件准确的对位。（7）安装控制器、蓄电池组。（8）
14、在吊装的同时，各测试人员用经纬仪对中、高杆灯进行垂直测试，使垂直偏差不超过设计允许偏差，并符合国家有关标准规定。（9）各部位根据设计要求接线，此接线必须符合电气安装规范要求。（10）整体试灯兵再次调整灯具投射角度，使其达到设计的规范要求。注意事项：太阳能路灯的硬件固然重要，太阳能路灯的安装施工、工程管理和质量控制也是非常重要的。太阳能路灯安装在室外，应当注意如下问题：（1）太阳能路灯所有外露部分的防腐；（2）太阳能路灯所有连接部件的抗风；（3）太阳电池板的防鸟；（4）太阳电池板的防盗；（5）路灯进出线和控制室的防雨；（6）蓄电池的冬季保温和夏季降温；（7）蓄电池室的透气；（8）蓄电池室的防水；（9）蓄电池的防盗；（10）灯具的防雨、防虫、防雹；（11）灯具要便于维修和更换。下图是较为典型的太阳能路灯安装结构，可以兼顾上述各项功能：图略。各位同学自己设计画图。