太阳能LED路灯照明系统设计(20180724123618)

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115 27′，海拔 22 米 ，全年平均日照时间 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，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 3～ 6倍以上 连续阴雨天数较少地区约为 3～ 4倍以上， 连续阴雨天教较多地区约为 5～ 6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 8～ 9V 太阳能电池 , 给 12V蓄电池充电需要用 15～ 18V太阳能电池。 给 24V蓄电池充电需用 33～ 36V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 3～ 5倍以上 光照丰富、 开灯时短地区为 3 ～ 4 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 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 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） 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。