1、 課程設(shè)計(jì)課程名稱 新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí) 專 業(yè) 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 提交日期： 2012 年 6 月 日 課程設(shè)計(jì)成績： 目 錄摘要.1關(guān)鍵詞.1第1章 緒論.2 1.1課程設(shè)計(jì)的基本意義.2 1.2太陽能LED路燈工作原理.3第2章 新余市基本氣象及地理情況.4第3章 LED路燈設(shè)計(jì).4 3.1傾角、方位角.4 3.2蓄電池容量4 3.3太陽電池組件53.3.1工作電流.53.3.2方陣輸出功率.63.3.3方陣功率.63.3.4組件的選取.63.3.5蓄電池的選取.6第4章 設(shè)備選型6 4.1 LED燈 7 4.2 蓄電池.7 4.3

2、 太陽電池.8 4.4 控制器.94.5 路燈燈桿.10第5章 設(shè)計(jì)總費(fèi)用及性價(jià)比分析.10 5.1 太陽能LED路燈系統(tǒng)的費(fèi)用.10 5.2 性價(jià)比分析.11 5.2.1、同一使用時(shí)間LED燈與節(jié)能燈的成本差.11 5.2.2、節(jié)省電費(fèi).11 5.2.3、總的節(jié)省費(fèi)用11參考文獻(xiàn).12心得體會(huì)13新余市太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著地球資源的日益貧乏，基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受重視。作為路燈照明設(shè)備：傳統(tǒng)的由電網(wǎng)控制的普通路燈工作受電網(wǎng)的影響非常大，而且使用的燈管使用壽命短；而太陽能LED路燈

3、具有獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)，不受電網(wǎng)的影響，并且LED燈使用壽命長。根據(jù)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：選擇合適的太陽電池組件（尺寸、功率）作為太陽能LED路燈系統(tǒng)的獨(dú)立供電電源；選擇合適的光伏控制器（工作電壓、電流）控制蓄電池的充放電、負(fù)載的運(yùn)行；選擇合適容量的蓄電池（Ah），白天對(duì)蓄電池充電，晚上蓄電池放電供給負(fù)載使用；選擇適量的LED燈（負(fù)載）照明，使道路交通順暢。根據(jù)系統(tǒng)的需要，運(yùn)用它的工作原理，通過組裝，布線等建成一個(gè)具有可行性的光伏獨(dú)立系統(tǒng)。通過比較，可得太陽能LED路燈系統(tǒng)與普通的節(jié)能路燈系統(tǒng)相比性價(jià)比較高，所以采用太陽能LED路燈系統(tǒng)不僅經(jīng)濟(jì)適用，而且節(jié)能環(huán)保。關(guān)鍵詞：太陽能LED路燈系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、

4、性價(jià)比、太陽電池組件、控制器、蓄電池、LED燈第1章 緒論太陽能作為一種清潔能源，具有取之不盡，用之不竭的特性，并且利用方便、安全。目前，太陽能利用有四種形式：光熱利用、光化學(xué)利用、光生物利用，光電利用。太陽能發(fā)電就屬于光電利用，隨著能源的枯竭，太陽能的利用就顯得尤為重要了，特別是近年來興起的光伏產(chǎn)業(yè)，光伏系統(tǒng)的應(yīng)用就更有必要了。本章節(jié)包括了太陽能LED路燈系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的基本意義和太陽能LED路燈工作原理。1.1 課程設(shè)計(jì)的基本意義在世界能源短缺，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，充分開發(fā)并利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。太陽能路燈以其不用專人管理和控制，安裝一次性投資無需日后電費(fèi)開支

5、，無需架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜，可以方便安裝在廣場、校園、公園、街道等多方面的優(yōu)點(diǎn)而越來越受重視。近年來隨著太陽能發(fā)電技術(shù)和LED照明技術(shù)的發(fā)展，太陽能LED路燈已進(jìn)入了城市照明領(lǐng)域。LED作為照明光源與傳統(tǒng)照明光源相比具有直流低電壓驅(qū)動(dòng)、耗電量少、抗振動(dòng)、壽命長、納秒級(jí)的響應(yīng)速度、設(shè)計(jì)空間大、環(huán)保、可連續(xù)開關(guān)閃斷，能輕松實(shí)現(xiàn)0100%調(diào)光功能等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是新一代的綠色照明設(shè)備。太陽能LED路燈是以太陽能作為能源，每個(gè)路燈均是獨(dú)立的，安裝方便，無需鋪設(shè)電纜電線，無需交流電能和電費(fèi)，采用直流供電，光控定時(shí)控制，安全可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、使用。通過我們對(duì)太陽能LED燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅可以讓我

6、們對(duì)專業(yè)認(rèn)識(shí)更深刻，而且這也是我們根據(jù)知識(shí)實(shí)踐的一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，為以后專業(yè)應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)；同時(shí)，通過自己的設(shè)計(jì)，我們能夠知道：雖然太陽能LED路燈系統(tǒng)一次性投資高，但是，它穩(wěn)定，使用壽命長，需要人為操作較少 ，是一種真正節(jié)能、節(jié)約、環(huán)保的具有實(shí)用性的路燈系統(tǒng)。1.2 太陽能LED路燈工作原理根據(jù)太陽能LED路燈工作原理圖可知它的工作原理（路燈只在黑暗的條件下工作）：當(dāng)太陽光照射在太陽電池上時(shí)，產(chǎn)生光生電流，通過控制器對(duì)蓄電池充電。黑暗中，PWM調(diào)光控制器感應(yīng)光強(qiáng)差，蓄電池通過控制器放電供給LED路燈使用。其中PWM控制器還可以控制蓄電池過沖過放，控制負(fù)載的正常運(yùn)行。第2章 新余市基本氣象及

7、地理情況新余位于北緯 2733 2805 ，東經(jīng) 11429 11524 ，取緯度A=28，經(jīng)度115。一般的，在我國南方地區(qū)，方陣傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?015；在北方地區(qū)傾角可比當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?10，緯度較大時(shí)，增加的角度可小一些。根據(jù)全國各大主要城市的緯度及輻射量，可得出與新余市相近南昌市的緯度及輻射量等情況。（如下表）城市緯度日輻射量（Ht）斜面日輻射量修正值kop南昌286713094137140.9640根據(jù)新余市氣象給予的條件，可得到最大連續(xù)陰雨天數(shù)取5天（d）；而且一年中最低溫度不超過10C。第3章 LED路燈設(shè)計(jì)太陽能LED路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮組件的傾角、方位角；蓄電池的容量；

8、以及太陽電池組件的功率。3.1 傾角、方位角傾角：取緯度A=28，方陣的傾角為B=A+12=40。方位角：太陽光的傳輸路線在水平面投影與入射點(diǎn)的正南方向夾角。一天負(fù)荷的峰值時(shí)刻為13時(shí)，經(jīng)度取115。方位角=一天負(fù)荷的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）-12*15+（經(jīng)度-116） =（13-12）*15+（115-116） =（15-1）=143.2 蓄電池容量蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲(chǔ)下來，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電

9、池壽命，同時(shí)造成浪費(fèi)。蓄電池應(yīng)與太陽能電池、用電負(fù)荷（路燈）相匹配。在太陽能LED路燈系統(tǒng)中選取12V/36W的路燈，以滿足照明的需要，則每天耗電量：Q=I*h=36*10/12=30Ah選擇蓄電池容量：選蓄電池容量為5天（最大連續(xù)陰雨天數(shù)），放電深度（最低溫度不超過零下10度）a=0.8； C=10*Q/a=5*30/0.8=187.5Ah根據(jù)蓄電池的規(guī)格，取C=200Ah。已知負(fù)載電壓為12V，蓄電池組的總?cè)萘繛?00Ah，選用12V/100Ah的免維護(hù)鉛酸蓄電池。 需要串聯(lián)的電池?cái)?shù)：N1=12V/12V=1（個(gè)） 需要并聯(lián)的電池?cái)?shù)：N2=200Ah/100Ah=2（個(gè)）所以該光伏系統(tǒng)需要

10、使用12V/100Ah的蓄電池個(gè)數(shù)為： N= N1 *N2=1*2=2（個(gè)）3.3 太陽電池組件3.3.1 工作電流 因?yàn)槟喜泻托掠嗍械乩砦恢幂^近，斜面日輻射量取13714（南昌市全年平均太陽輻射總量HT），單位化成Wh/m2，除以標(biāo)準(zhǔn)日光強(qiáng)即求出平均日照時(shí)數(shù)：Tm=（HTWh/m2）/（1000W/m2）=（378.5/100）h=3.79h則方陣應(yīng)輸出的最小電流為：Im=Q/（Tm*n1*n2）=30/（3.79*0.9*0.9）A=9.77A3.3.2 方陣輸出電壓單只鉛酸蓄電池工作電壓為2V，故需6只單體電池串聯(lián)才可滿足系統(tǒng)的工作電壓12V。每只單體鉛酸蓄電池的工作電壓為：2.02.

11、35V，取線路壓降：Va=0.8V，則方陣工作電壓為：V=Vf+Vd=6*2.35+0.8=15V3.3.3 方陣功率設(shè)太陽電池的最高溫度為60CP=Im*V/1-a（tmax-25）=9.77*15/1-0.5%（60-25）=177.6W3.3.4 組件的選取取P=200W，所以，最后取太陽電池方陣的輸出功率為200W，可用2塊100W/18V的組件并聯(lián)組成。3.3.5 蓄電池的選取蓄電池容量為12V，200Ah，只要用2只12V/100Ah的鉛酸蓄電池并聯(lián)連接起來，即可滿足要求。第4章 設(shè)備選型設(shè)計(jì)一個(gè)太陽能LED路燈系統(tǒng)，選取設(shè)備時(shí)要考慮設(shè)備的品牌、型號(hào)、使用壽命、各項(xiàng)參數(shù)，以及價(jià)格。

12、4.1 LED燈LED 是英文 light emitting diode （發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。LED燈有比較常見大功率的單顆有1、3、5、8、10W。大功率LED采用單顆功率大于1W以上的LED。由于LED路燈的發(fā)光效果比白熾燈、節(jié)能燈要好，根據(jù)城市道路照度的需要，我們選取燈桿的高度為8m（城市建設(shè)常用），根據(jù)高度和照度、亮度的需要，選取36W的LED燈。 根據(jù)需要，查閱相關(guān)資料，我們采用的LED燈為：產(chǎn)品品牌：36W LED太陽能道路燈 產(chǎn)品型號(hào)：X2

13、-B36W產(chǎn)品參數(shù)： 輸入電壓 DC12V LED顆數(shù)3單顆功率12W 燈頭功率 36W安裝高度 6-8m 光斑圓形工作溫度 3050 使用壽命 42000Hrs（11年多）燈體與燈罩 鋁合金與鋼化玻璃 規(guī)格尺寸 75*35*21cm凈重 4.6Kg 防護(hù)等級(jí) IP65一個(gè)12V/36W的太陽能道路燈的價(jià)格是500元4.2 蓄電池太陽能供電系統(tǒng)中，蓄電池的性能好壞直接影響系統(tǒng)的綜合成本及運(yùn)行好壞和使用壽命。蓄電池可分為：酸性蓄電池和堿性蓄電池。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，目前最受歡迎的是免維護(hù)鉛酸蓄電池，正規(guī)名稱叫閥控式密封鉛酸蓄電池。該蓄電池具有的特點(diǎn)是：密封性、免維護(hù)、安全可靠、長壽命設(shè)計(jì)、性能高、

14、溫度適應(yīng)性強(qiáng)、使用和運(yùn)輸安全簡便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。根據(jù)以上條件查閱資料，選取合適的蓄電池：產(chǎn)品品牌：德國 3A 產(chǎn)品型號(hào)：12V/100Ah額定電壓:12V 額定容量:100Ah參考重量:約32.00 Kg 工作溫度: -1550使用壽命: 810年 充電時(shí)間:612h內(nèi)阻小4.4，大電流放電性能好；外形尺寸:長: 407mm寬: 173mm總高: 240mm該德國 3A 12V/100Ah蓄電池的價(jià)格是450元。4.3 太陽電池組件太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲(chǔ)起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實(shí)用的有單

15、晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等三種。在太陽光充足日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因?yàn)槎嗑Ч杼柲茈姵厣a(chǎn)工藝相對(duì)簡單，價(jià)格比單晶低。根據(jù)需要，查閱相關(guān)資料，選取合適的組件：品牌：兆天太陽能 型號(hào)：100W/18V多晶輸出電壓：18（V） 主機(jī)輸出容量：100W規(guī)格：1150*675MM 使用壽命：2530年峰值電壓：17.8伏 峰值電流：6.29安開路電壓：21.6伏 短路電流：6.91安實(shí)物重量：10.5KG 包裝重量：12.0KG標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（溫度25度，AM1.5, 1000w/m2下測(cè)試出來的）因此，一個(gè)100瓦/18伏太陽電池的費(fèi)用是1050元。

16、4.4 PWM控制器太陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。 無論太陽能燈具大小，一個(gè)性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對(duì)它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。同時(shí)太陽能控制器應(yīng)兼有路燈控制功能，具有光控、時(shí)控功能，并應(yīng)具有夜間自動(dòng)切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長路燈工作時(shí)間。根據(jù)需要，查閱相關(guān)材料，選取合適的控制器：（因?yàn)樘柲苈窡羰窃诳烧斩炔桓叩沫h(huán)境下工作的，所以對(duì)控制器的要求具有一定的感光性）SW-10 /12V30A雙路雙負(fù)載PW

17、M調(diào)光太陽能控制器品牌:勝偉 型號(hào):SW-10技術(shù)指標(biāo)：型號(hào):SW-10 總額定充電電流:30A總額定負(fù)載電流:30A 系統(tǒng)電壓: 12V AUTO；空載損耗:4.5mA 超壓保護(hù):17V，2/24V；工作溫度:工業(yè)級(jí)：-35至+55 欠壓電壓:12.0V；2/24V 負(fù)載調(diào)光模式：正脈沖PWM調(diào)光選擇一個(gè)12V/30A的綠色環(huán)保節(jié)能 SW-10 /12V30A雙路雙負(fù)載PWM調(diào)光太陽能控制器需要160元。（由于太陽電池輸出的最小電流19.5V，為了系統(tǒng)的安全，故選取較大的30A光伏控制器）4.5 路燈燈桿品牌：仙居縣宇光照明器材廠燈桿高度燈型臂長(m)燈桿口徑(mm)壁厚(mm)配用法蘭(m

18、m)配用羅栓(mm)報(bào)價(jià)（元）8米單臂1.270-1603.512*300M18880第五章 總費(fèi)用及性價(jià)比考慮太陽能LED路燈系統(tǒng)和節(jié)能路燈系統(tǒng)的總費(fèi)用，比較它們的總費(fèi)用和使用壽命，以及對(duì)工作環(huán)境的要求，對(duì)它們進(jìn)行定量的分析，得出可靠的性價(jià)比，以確定以后路燈的建設(shè)。5.1 太陽能LED路燈系統(tǒng)的費(fèi)用總費(fèi)用等于光伏系統(tǒng)（太陽電池組件2塊、蓄電池2箱、控制器1臺(tái)）、LED燈、燈桿費(fèi)用的總和，即 S=（2*1050+2*450+160）+500+880=4540（元）5.2 性價(jià)比分析5.2.1 同一使用時(shí)間LED燈與節(jié)能燈的成本太陽能LED路燈系統(tǒng)可以使用10年，而6U/120W (黃光）E40

19、節(jié)能燈路燈（120W，5000h，115元。燈殼120元，使用壽命10年以上）的使用壽命是5000h。（最短壽命設(shè)備蓄電池：10年）。成本差：S1=10*365*10/5000*115+120-500=540（元）5.2.2 節(jié)省電費(fèi)S2=節(jié)能燈功率*工作時(shí)間*1元=120*10*365*10/1000*1=4380（元）電費(fèi)收取10年，1度=1000Wh，一元錢一度電5.2.3 總的節(jié)省費(fèi)用 S3=節(jié)能燈價(jià)格總的價(jià)格-LED燈價(jià)格+節(jié)省電費(fèi)-LED燈系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用-LED燈和燈桿系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用=4380+540-（4540-500-880）=1760元另解：節(jié)省費(fèi)用用節(jié)能路燈系統(tǒng)的10年費(fèi)用減去

20、太陽能LED路燈系統(tǒng)的10年費(fèi)用，即：S節(jié)能燈=節(jié)能燈的費(fèi)用+燈桿的費(fèi)用+電費(fèi)=1040+880+4380=6300元SLED=LED燈的費(fèi)用+燈桿的費(fèi)用+光伏系統(tǒng)的費(fèi)用（太陽電池組件、控制器、蓄電池）=500+880+2100+160+900=4540元所以，節(jié)省費(fèi)用= S節(jié)能燈-SLED=6300-4540=1760元太陽能LED路燈系統(tǒng)、節(jié)能路燈（10年）性價(jià)比一覽表：太陽能LED路燈系統(tǒng)節(jié)能路燈系統(tǒng)燈（10年）12V/36W，500元120W，5000H，8只，1040元燈桿8m， 880元8m，880元蓄電池12V/100Ah，2箱，900元PWM調(diào)光控制器12V/30A， 1臺(tái)，160元太陽電池組件100W/18V，2塊，2100元電費(fèi)（10年）4380元總費(fèi)用（10年）4540元6300元節(jié)省費(fèi)用（10年）1760元由上表可知，各種光伏設(shè)備組成的太陽能LED路燈系統(tǒng)費(fèi)用為4540元左右。比節(jié)能路燈系統(tǒng)性價(jià)比高，節(jié)省1760元。由此可見，太陽能LED路燈系統(tǒng)節(jié)約、節(jié)能、使用壽命長，而且環(huán)保。參考文獻(xiàn)1 鞠振河，太陽能路燈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，遼寧沈陽工程學(xué)院 ，2