新余市太阳能LED路灯系统设计课程设计

课程设计课程名称新余市太阳能LED路灯系统设计班级专业太阳能光伏发电技术及应用学号：姓名：指导老师：提交日期：2012年6月日课程设计成果：目录摘要………………….1关键词……………….1绪论…………..21.1课程设计的基本意义……………...21.2太阳能LED路灯工作原理……….3新余市基本气象及地理状况………………...4LED路灯设计……………….43.1倾角、方位角……………………...43.2蓄电池容量…………43.3太阳电池组件………5工作电流……………………....5方阵输出功率………………....6方阵功率……………………....6组件的选取…………………....6蓄电池的选取………………....6第4章设备选型……………………64.1LED灯………74.2蓄电池………...74.3太阳电池…………...84.4限制器……………...94.5路灯灯杆……………………...…..10设计总费用及性价比分析…………….…..105.1太阳能LED路灯系统的费用…………………...105.2性价比分析…………………...…..11、同一运用时间LED灯与节能灯的成本差………………..11、节约电费…………………….11、总的节约费用………………11参考文献…………....12心得体会……………13新余市太阳能LED路灯系统设计摘要：随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种平安和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的平安、环保新能源越来越受重视。作为路灯照明设备：传统的由电网限制的一般路灯工作受电网的影响特别大，而且运用的灯管运用寿命短；而太阳能LED路灯具有独立运行的特点，不受电网的影响，并且LED灯运用寿命长。依据光伏系统的设计：选择合适的太阳电池组件（尺寸、功率）作为太阳能LED路灯系统的独立供电电源；选择合适的光伏限制器（工作电压、电流）限制蓄电池的充放电、负载的运行；选择合适容量的蓄电池（Ah），白天对蓄电池充电，晚上蓄电池放电供应负载运用；选择适量的LED灯（负载）照明，使道路交通顺畅。依据系统的须要，运用它的工作原理，通过组装，布线等建成一个具有可行性的光伏独立系统。通过比较，可得太阳能LED路灯系统与一般的节能路灯系统相比性价比较高，所以采纳太阳能LED路灯系统不仅经济适用，而且节能环保。关键词：太阳能LED路灯系统、光伏系统、性价比、太阳电池组件、限制器、蓄电池、LED灯绪论太阳能作为一种清洁能源，具有取之不尽，用之不竭的特性，并且利用便利、平安。目前，太阳能利用有四种形式：光热利用、光化学利用、光生物利用，光电利用。太阳能发电就属于光电利用，随着能源的枯竭，太阳能的利用就显得尤为重要了，特殊是近年来兴起的光伏产业，光伏系统的应用就更有必要了。本章节包括了太阳能LED路灯系统课程设计的基本意义和太阳能LED路灯工作原理。1.1课程设计的基本意义在世界能源短缺，环境污染日益严峻的今日，充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。太阳能路灯以其不用专人管理和限制，安装一次性投资无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆，可以便利安装在广场、校内、公园、街道等多方面的优点而越来越受重视。近年来随着太阳能发电技术和LED照明技术的发展，太阳能LED路灯已进入了城市照明领域。LED作为照明光源与传统照明光源相比具有直流低电压驱动、耗电量少、抗振动、寿命长、纳秒级的响应速度、设计空间大、环保、可连续开关闪断，能轻松实现0—100%调光功能等优点，被认为是新一代的绿色照明设备。太阳能LED路灯是以太阳能作为能源，每个路灯均是独立的，安装便利，无需铺设电缆电线，无需沟通电能和电费，采纳直流供电，光控定时限制，平安牢靠、节能、经济、环保、运用。通过我们对太阳能LED灯系统的设计，不仅可以让我们对专业相识更深刻，而且这也是我们依据学问实践的一个很好的机会，为以后专业应用打下良好的基础；同时，通过自己的设计，我们能够知道：虽然太阳能LED路灯系统一次性投资高，但是，它稳定，运用寿命长，须要人为操作较少，是一种真正节能、节约、环保的具有好用性的路灯系统。1.2太阳能LED路灯工作原理依据太阳能LED路灯工作原理图可知它的工作原理（路灯只在黑暗的条件下工作）：当太阳光照耀在太阳电池上时，产生光生电流，通过限制器对蓄电池充电。黑暗中，PWM调光限制器感应光强差，蓄电池通过限制器放电供应LED路灯运用。其中PWM限制器还可以限制蓄电池过冲过放，限制负载的正常运行。新余市基本气象及地理状况新余位于北纬27°33′～28°05′，东经114°29′～115°24′，取纬度A=28°，经度115°。一般的，在我国南方地区，方阵倾角可比当地纬度增加10°—15°；在北方地区倾角可比当地纬度增加5°—10°，纬度较大时，增加的角度可小一些。依据全国各大主要城市的纬度及辐射量，可得出与新余市相近南昌市的纬度及辐射量等状况。（如下表）城市纬度日辐射量（Ht）斜面日辐射量修正值kop南昌28．679640依据新余市气象赐予的条件，可得到最大连续阴雨天数取5天（d）；而且一年中最低温度不超过—10°LED路灯设计太阳能LED路灯系统的设计须要考虑组件的倾角、方位角；蓄电池的容量；以及太阳电池组件的功率。3.1倾角、方位角倾角：取纬度A=28°，方阵的倾角为B=A+12°=40°。方位角：太阳光的传输路途在水平面投影与入射点的正南方向夹角。一天负荷的峰值时刻为13时，经度取115°。方位角=[一天负荷的峰值时刻（24小时制）-12]*15+（经度-116）=[（13-12）*15+（115-116）]°=（15-1）°=14°3.2蓄电池容量蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满意夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满意连续阴雨天夜晚照明须要的电能。蓄电池容量过小不能够满意夜晚照明的须要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成奢侈。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。在太阳能LED路灯系统中选取12V/36W的路灯，以满意照明的须要，则每天耗电量：Q=I*h=36*10/12=30Ah选择蓄电池容量：选蓄电池容量为5天（最大连续阴雨天数），放电深度（最低温度不超过零下10度）a=0.8；C=10*Q/a=5*30/0.8=187.5Ah依据蓄电池的规格，取C=200Ah。已知负载电压为12V，蓄电池组的总容量为200Ah，选用12V/100Ah的免维护铅酸蓄电池。须要串联的电池数：N1=12V/12V=1（个）须要并联的电池数：N2=200Ah/100Ah=2（个）所以该光伏系统须要运用12V/100Ah的蓄电池个数为：N=N1*N2=1*2=2（个）3.3太阳电池组件工作电流因为南昌市和新余市地理位置较近，斜面日辐射量取13714（南昌市全年平均太阳辐射总量HT），，单位化成Wh/m2，除以标准日光强即求出平均日照时数：Tm=（HTWh/m2）/（1000W/m2）=（378.5/100）h=3.79h则方阵应输出的最小电流为：Im=Q/（Tm*n1*n2）=30/（3.79*0.9*0.9）A=9.77A方阵输出电压单只铅酸蓄电池工作电压为2V，故需6只单体电池串联才可满意系统的工作电压12V。每只单体铅酸蓄电池的工作电压为：2.0—2.35V，取线路压降：Va=0.8V，则方阵工作电压为：V=Vf+Vd=6*2.35+0.8=15V方阵功率设太阳电池的最高温度为60P=Im*V/[1-a（tmax-25）]=9.77*15/[1-0.5%（60-25）]=177.6W组件的选取取P=200W，所以，最终取太阳电池方阵的输出功率为200W，可用2块100W/18V的组件并联组成。蓄电池的选取蓄电池容量为12V，200Ah，只要用2只12V/100Ah的铅酸蓄电池并联连接起来，即可满意要求。设备选型设计一个太阳能LED路灯系统，选取设备时要考虑设备的品牌、型号、运用寿命、各项参数，以及价格。LED灯LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到爱护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED灯有比较常见大功率的单颗有1、3、5、8、10W。大功率LED采纳单颗功率大于1W以上的LED。由于LED路灯的发光效果比白炽灯、节能灯要好，依据城市道路照度的须要，我们选取灯杆的高度为8m（城市建设常用），依据高度和照度、亮度的须要，选取36W的LED灯。依据须要，查阅相关资料，我们采纳的LED灯为：产品品牌：36WLED太阳能道路灯产品型号：X2-B36W产品参数：输入电压DC12VLED颗数

3

单颗功率

12W灯头功率36W

安装高度6-8m光斑

圆形

工作温度—30℃~50℃运用寿命42000Hrs（11年多）

灯体与灯罩铝合金与钢化玻璃规格尺寸75*35*21cm

净重4.6Kg一个12V/36W的太阳能道路灯的价格是500元蓄电池太阳能供电系统中，蓄电池的性能好坏干脆影响系统的综合成本及运行好坏和运用寿命。蓄电池可分为：酸性蓄电池和碱性蓄电池。在光伏发电系统中，目前最受欢迎的是免维护铅酸蓄电池，正规名称叫阀控式密封铅酸蓄电池。该蓄电池具有的特点是：密封性、免维护、平安牢靠、长寿命设计、性能高、温度适应性强、运用和运输平安简便、经济实惠。依据以上条件查阅资料，选取合适的蓄电池：产品品牌：德国3A产品型号：12V/100Ah额定电压:12V额定容量:100Ah参考重量:约32.00Kg工作温度:运用寿命:8－10年充电时间:6—12h内阻小≤4.4，大电流放电性能好；外形尺寸:长:407mm宽:173mm该德国3A12V/100Ah蓄电池的价格是450元。太阳电池组件太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射实力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较好用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光足够日照好的东西部地区，采纳多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简洁，价格比单晶低。依据须要，查阅相关资料，选取合适的组件：品牌：兆天太阳能型号：100W/18V多晶输出电压：18（V）主机输出容量：100W规格：1150*675MM运用寿命

：25—30年峰值电压：17.8伏峰值电流：6.29安

开路电压：21.6伏短路电流：6.91安实物重量：10.5KG包装重量：12.0KG标准测试条件下（温度25度，AM1.5,1000w/m2下测试出来的）因此，一个100瓦/18伏太阳电池的费用是1050元。PWM限制器太阳能充放电限制器的主要作用是爱护蓄电池。基本功能必需具备过充爱护、过放爱护、光控、时控与防反接等。无论太阳能灯具大小，一特性能良好的充电放电限制器是必不行少的。为了延长蓄电池的运用寿命，必需对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的限制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能限制器应兼有路灯限制功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。依据须要，查阅相关材料，选取合适的限制器：（因为太阳能路灯是在可照度不高的环境下工作的，所以对限制器的要求具有肯定的感光性）SW-10/12V30A双路双负载PWM调光太阳能限制器品牌:

胜伟型号:

SW-10技术指标：型号: SW-10 总额定充电电流: 30A 总额定负载电流: 30A系统电压:12VAUTO；空载损耗: ≤4.5mA超压爱护:17V，×2/24V；工作温度: 工业级：-35℃至+55℃欠压电压: 12.0V；×负载调光模式：正脉冲PWM调光选择一个12V/30A的绿色环保节能SW-10/12V30A双路双负载PWM调光太阳能限制器须要160元。（由于太阳电池输出的最小电流19.5V，为了系统的平安，故选取较大的30A光伏限制器）4.5路灯灯杆品牌：仙居县宇光照明器材厂灯杆高度灯型臂长(m)灯杆口径(mm)壁厚(mm)配用法兰(mm)配用罗栓(mm)报价（元）8米单臂1.270-1603.5δ12*300M18880第五章总费用及性价比考虑太阳能LED路灯系统和节能路灯系统的总费用，比较它们的总费用和运用寿命，以及对工作环境的要求，对它们进行定量的分析，得出牢靠的性价比，以确定以后路灯的建设。5.1太阳能LED路灯系统的费用总费用等于光伏系统（太阳电池组件2块、蓄电池2箱、限制器1台）、LED灯、灯杆费用的总和，即S=（2*1050+2*450+160）+500+880=4540（元）5.2性价比分析5.2.1同一运用时间LED太阳能LED路灯系统可以运用10年，而6U/120W(黄光）E40节能灯路灯（120W，5000h，115元。灯壳120元，运用寿命10年以上）的运用寿命是5000h。（最短寿命设备蓄电池：10年）。成本差：S1=10*365*10/5000*115+120-500=540（元）5.2.2S2=节能灯功率*工作时间*1元=120*10*365*10/1000*1=4380（元）电费收取10年，1度=1000Wh，一元钱一度电5.2.3总的S3=[节能灯价格总的价格-LED灯价格]+节约电费-[LED灯系统建设费用-LED灯和灯杆系统建设费用]=4380+540-（4540-500-880）=1760元另解：节约费用用节能路灯系统的10年费用减去太阳能LED路灯系统的10年费用，即：S节能灯=节能灯的费用+灯杆的费用+电费=1040+880+4380=6300元SLED=LED灯的费用+灯杆的费用+光伏系统的费用（太阳电池组件、限制器、蓄电池）=500+880+2100+160+900=4540元所以，节约费用=S节能灯-SLED=6300-4540=1760元太阳能LED路灯系统、节能路灯（10年）性价比一览表：太阳能LED路灯系统节能路灯系统灯（10年）12V/36W，500元120W，5000H，8只，1040元灯杆8m，880元8m，880元蓄电池12V/100Ah，2箱，900元PWM调光限制器12V/30A，1台，160元太阳电池组件100W/18V，2块，2100元电费（10年）4380元总费用（10年）4540元6300元节约费用（10年）1760元由上表可知，各种光伏设备组成的太阳能LE