李远星毕业论文物理学

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昆明地区太阳能路灯的优化设计云南民族大学物理学2010级论文答辩姓名：李远星班级：物理班学号：201012401129指导老师：屈盛目录

昆明太阳能路灯的优化设计引言结论及不足城市路灯照明占我国耗电30%左右的比例，年用电量约850亿千瓦时，折合标准煤3000万吨，以我国平均电价0.65元／KWH计算，一年仅市政路灯照明的开支就高达552亿元，耗电惊人假如2000万盏路灯全部改用太阳能路灯以后，可以减少2580万吨二氧化碳的排放，相当于103亿美元二氧化碳减排成本

一、引言

前人对太阳能路灯的设计没有充分考虑当地的气候条件而本文以昆明地区气象数据为基础，计算出了日照峰值小时数，既考虑了蓄电池的保连续阴雨天数，又考虑了昆明地区的最长阴雨天间隔，针对昆明地区太阳能路灯系统提出优化方法.1、太阳能路灯的构成二、昆明地区太阳能路灯的优化设计太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，逆变器。2、太阳能路灯的优化设计确定负载功率和日均用电量确定蓄电池的容量确定光伏组件的功率2.1确定负载功率和日均用电量路灯日均用电量可用公式（1）计算：Q=Pt(1)式中：Q—路灯1天的用电量，W·h；P—负载功率，W；t—照明时间，h。例如：1个20W的LED灯,全年日均照明时间为10小时，一天的用电量为Q=Pt=20W×10h＝200W·h。2.2确定蓄电池容量

蓄电池容量可用公式(2)计算：C＝〔Q·D〕/〔U·Vt〕(2)式中：C为蓄电池容量，Ah；D为最长无日照期间用电天数，取D＝5，需要满足5个连续阴雨天的照明需求；

Q为一天的用电量，W·h；U为蓄电池组的放电深度,以铅酸蓄电池为例,通常取0.6；Vt为系统工作电压，12V。

2.3确定光伏组件的功率光伏组件的功率的确定如下：1、一盏20W路灯的日均用电量：Q=P·t=20W×10h=200W·h;2、蓄电池组保5个连阴天的用电量：5×200W·h=1000W·h。3、光伏组件的功率：（200W·h×30天+1000W·h）/（30天×峰值小时数）。其中，30天为最长阴雨天间隔。3、设计实例表1昆明地区日照峰值小时数日照峰值小时数:是根据标准测试条件1000w/㎡下所得出的。路灯20W设计，每天平均工作时数10h左右，保证连续阴雨天数5天

根据表1昆明地区年平均日照峰值小时数为4.257h，故所设计的数据如下：

1、一盏20W路灯的日耗电量：Q=P·t=20W×10h=200W·h；2、蓄电池组保5个连阴天的耗电量：5×200W·h=1000W·h；3、光伏组件的功率：（200W·h×30天+1000W·h）/（30天×4.257h）=54.81Wp。

光伏组件以54.81Wp的功率配置可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行，但是6月3.70h,7月3.62h,8月3.93h，9月3.65h，10月3,34h，11月3.83h，12月4.08h，这几个月太阳能路灯可能会工作不好。路灯20W设计，每天平均工作时数10h左右，保证连续阴雨天数5天根据表3昆明地区最低月份日照峰值小时数为3.342h，故所设计的数据如下：

1、一盏20W路灯的日耗电量：Q=P·t=20W×10h=200W·h；2、蓄电池组保5个连阴天的耗电量：5×200W·h=1000W·h；3、光伏组件的功率：（200W·h×30天+1000W·h）/（30天×3.342h）=69.82Wp。光伏组件以69.82Wp的功率配置可以保证路灯系统在每个月都正常运行，可以覆盖所有月份，系统工作性能也很好，但是投资会较大。创新点:本文的太阳能路灯设计充分考虑了昆明地区的日照峰值小时数，采用最长连续阴雨天和最长连续阴雨天间隔的理想气候模型来确定太阳能路灯系统中的光伏组件的功率,这样的讨论比较贴近实际的气候情况,既能充分考虑了蓄电池的放电周期,又能充分考虑了蓄电池充电周期,相比其他的气候模型更为准确。而且本文分别以昆明地区的年平均日照峰值小时数和月份最低日照峰值小时数为依据给出了两个优化设计方案，对昆明地区太阳能路灯的工程安装具有很好的参考价值。

三、创新点、结论及不足结论：路灯系统的优化设计应该充分考虑当地的气候条件，本文以昆明地区的气候数据为基础，先计算出负载的日均用电量，再根据当地最长连续阴雨天数确定蓄电池的容量，然后再根据当地最长连续阴雨天间隔和日照峰值小时数来确定光伏组件的功率。例如，20W的路灯，在每天工作10小时的情况下，以年平均日照峰值小时数进行设计，应该配置54.81Wp的光伏组件，而以月份最短日照峰值小时数进行