LED路灯设计.doc

课程设计 课程名称 新余市太阳能led路灯系统设计 班 级 09级光伏发电（1）班 专 业 光伏发电技术与应用 学 号 0903031003 姓 名 过 伟 鹏 指导教师 欧阳小芳 提交日期 2011年06月21日 姓名 过 伟 鹏 课程设计成绩 评语：指导教师（签名） 年 月 日目 录关键词1摘要1第1章 绪论 21.1课程设计的基本意义2 1.2太阳能led工作原理2第2章 新余市基本气象及地理情况3第3章 设备选型4 3.1 led灯4 3.2蓄电池 5 3.3太阳电池组件8 3.4太阳能控制器9第4章led路灯设计10 4.1倾角、方位角11 4.2 蓄电池容量、数量11 4.3 太阳电池组件设计12第5章 设计总费用及性价比分析13 5.1 设计总费13 5.2 性价比分析13参考文献14心得体会15新余市太阳能led路灯系统设计关键词：太阳能led路灯系统、光伏系统、性价比、太阳电池组件、控制器、蓄电池、led灯摘 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，各种安全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”的安全、环保新能源越来越受重视。作为路灯照明设备：传统的由电网控制的普通路灯工作受电网的影响非常大，而且使用的灯管使用寿命短；而太阳能led路灯具有独立运行的特点，不受电网的影响，led灯使用寿命长。根据光伏系统的设计：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；选择合适的光伏控制器（工作电压、电流）控制蓄电池的充放电、负载的运行；选择合适容量的蓄电池（a/h），白天对蓄电池充电，晚上蓄电池放电供给负载使用；选择适量的led灯（负载）照明，使道路交通顺畅。根据系统的需要，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路灯系统与普通的路灯系统相比性价比较高，所以采用太阳能led灯系统不仅经济适用，而且节能环保。第1章 绪 论1.1课程设计的基本意义 近年来随着太阳能发电技术和led照明技术的个发展，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0100%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，安装方便，无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光控定时控制，安全可靠、节能、经济、环保、使用。1.2太阳能led路灯工作原理根据太阳能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）：当太阳光照射在太阳电池上时，产生光生电流，通过控制器对蓄电池充电。黑暗中，蓄电池通过控制器放电供给led路灯使用。其中控制器可以控制蓄电池过冲过放，而且可以控制负载的运行。第2章新余市基本气象及地理情况新余位于北纬 2733 2805 ，取纬度a=28。一般的，在我国南方地区，方阵倾角可比当地纬度增加1015；在北方地区倾角可比当地纬度增加510，纬度较大时，增加的角度可小一些。由此，可得，方阵的倾角为b=a+12=40。根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情况。（如下表）城 市纬 度 日辐射量（ht）斜面日辐射量修正值kop南 昌286713094137140.9640根据新余市气象给予的条件，可得到最大连续阴雨天数为10天（d）；而且一年中最低温度不超过10c。第3章设备选型3.1 led灯led (light emitting diode，发光二极管)是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。led光源具有高节能、利环保、寿命长、体积小、多变幻适用性强、稳定性高、响应时间短等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。 led特点和优点 led的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。 体积小 led基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。 耗电量低 led耗电非常低，一般来说led的工作电压是2-3.6v。工作电流是0.02-0.03a。这就是说：它消耗的电不超过0.1w。 使用寿命长 在恰当的电流和电压下，led的使用寿命可达10万小时 高亮度、低热量 环保 led是由无毒的材料做成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时led也可以回收再利用。 坚固耐用 led是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得led可以说是不易损坏的。led灯有比较常见大功率的单颗有1、3、5、8、10w。大功率led采用单颗功率大于1w以上的led由于led路灯的发光效果比白炽灯要好，所以可以用15w的led灯代替100w的白炽灯；24w的led灯代替150w的白炽灯。30w的led灯代替200w的白炽灯，35w的led灯代替250w的白炽灯。根据城市繁华地段的需要，我们设置灯杆的高度为8m，根据高度和照度、亮度的需要，选取40w的led灯。 根据需要，查阅相关资料，我们采用的led灯为：产品品牌：40w led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 40w安装高度 6-8m光斑圆形工作温度 3050使用寿命 42000hrs灯体与灯罩 铝合金与钢化玻璃规格尺寸 75*35*21cm净重 4.6kg防护等级 ip65选择此led路灯的费用是500元，灯杆1200元。3.2 蓄电池太阳能供电系统中，蓄电池的性能好坏直接影响系统的综合成本及运行好坏和使用寿命。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。该蓄电池的特点是：1、密封性2、免维护3、安全可靠4、长寿命设计5、性能高：6、温度适应性强7、使用和运输安全简便8、经济实惠根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外形尺寸:长: 307mm宽: 173mm总高: 140mm参考重量:约12.00 kg工作温度:3545使用寿命: 810年内阻小，大电流放电性能好；产品性能:放电1.（1）电池不宜放电至低于预定的终止电压，否则将导致过放电，而反复的过放电则会导致容量难以恢复，为达到最好的工作效率，放电应0.05-3c 之间（2）放电容量温度作用电池容量亦受温度的影响，过低温度（低于15，5.）则会降低有效容量，过高温度（高于122.50）则会导致热失控并损害电池。充电1）浮充（限制电压，控制电流）使用： 浮充电压2.25v2.30v/单体,最大电流不得大于0.25c10，电池浮充电流调到小于2ma /ah.（25）。（2）循环使用（充电即停，放完电即充）：充电电压2.4 v/单体,最大充电电流不得大于0.25c10。（3）温度补偿电池在535范围内工作时，不必对充电电压进行补偿，当温度低于5或者高于35时，建议对充电电压作适当的调整，调整标准为浮充时 干3mv/单体，循环使用时干4mv/单体（温度以25为基准）。（3）过充电电池充足电后再补充电则称为过充电，持续的过充电将会缩短电池的寿命选择一个德国 3a12v/100ah蓄电池的费用是500元。3.3 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能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在太阳光充足日照好的东西部地区，采用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单，价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。根据需要，查阅相关资料，选取合适的组件：品牌:eco-worthy类型:硅系列产品型号：ico-spc-100w规格：100瓦/18伏尺寸：长：809毫米，宽：980毫米，高：33.8毫米标准测试条件下（温度25度，am1.5, 1000w/m2下测试出来的）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选择一个100瓦/12伏太阳电池的费用是1200元。3.4控制器pwm调光控制器的组成：常用的可控硅pwm调光控制器由主回路、触发回路、控制回路和反馈系统等组成，适用于热辐射光源调光。1.主回路 由双向或单向反并联的可控硅串接在光源回路中组成。输入后是交流正弦波，通过可控硅输出的是缺角移相的正弦波。2.触发回路 有半导体分立元件组成的弛张振荡器和触发二极管组成的单片集成触发器等多种。它必须产生与输入电压在每个周期中的移相导通角同步需要的触发脉冲，具有一定的触发功率，达到触发可靠的目的。3.控制回路 除常用的手控外，还有光电控制、音控、程序控制和反馈控制等多种控制触发回路。4.反馈系统 为了达到恒压、恒流、短路保护等目的，采用闭环保护措施，形成反馈系统，以满足不同的质量要求。 可调光控制器型号为slm4710带pwm调光的led驱动模块其型号分别为型号：slm2842sd和slm2842jd外型尺寸:16011862mm重量:1kg，平均寿命10年。价格：600元，第4章led路灯设计4.1 倾角、方位角纬度a=28，方阵的倾角为b=a+12=40。4.2 蓄电池容量、数量蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，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足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，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，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压2030%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。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10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=10*30/0.8=375ah根据蓄电池的规格，取c=400ah。已知负载电压为12v，蓄电池组的总容量为400ah，选用12v/100ah的免维护铅酸蓄电池。 需要串联的电池数：n1=12v/12v=1（个） 需要并联的电池数：n2=400ah/100ah=4（个）所以该光伏系统需要使用12v/100ah的蓄电池个数为： n= n1 *n2=1*4=4（个）蓄电池总费用（4*450=1800元）4.3太阳电池组件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足系统的工作电压12v。每只单体铅酸蓄电池的工作电压为：2.02.35v，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60cp=im*v/1-a（tmax-25）=9.77*15/1-0.5%（60-25）=177.6w取p=200w，所以，最后取太阳电池方阵的输出功率为200w，可用2块100w/18v的组件串联组成。蓄电池容量为12v，第5章 设计总费及性价比分析5.1设计总费表led路灯组成：led灯、灯杆、蓄电池、太阳电池板、控制器。一盏普通路灯费用：1800元一盏led路灯费用：500 +1200 +1800 +1200 +600=5300元类 别项 目普通路灯led路灯路 灯每盏路灯费用整套18005300路灯数量4072000212000光源使用寿命小时70000光源功率w15040耗电量每天用电时间小时88每天耗电量度48无每年耗电量度17520无每年电费0.814016无电 费电费合计25350400无每年节约电费元14016节约电费合计2535040025年换灯源次数次41每套光源费用元360780维护费用25年换灯源费用元5760031200人工维护费5080000200025年换蓄电池次数次无210年换蓄电池费用1100无8800010 年人工维护费100无8000合 计25年支出费用57200036360025年净收益20680025年节约电量度4380005.2性价比分析（节电效益分析） 40盏普通路灯耗费为7.2万元；led路灯耗费21.2万元。40盏普通路灯25年耗电费为57.2万元；led路灯25年耗电为15.68万元；25年节约电费41.52万元。总共节约：27.52万元。参考文献1太阳能光伏系统概论2 城市道路照明设计标准 3太阳能电池组件参数测量方法4太阳能路灯系统的技术经济评价5蓄电池快速充电的原理与实际6太阳能路灯系统的技术经济评价7太阳能路灯系统优化设计与探讨 - 蓄电池8沈阳工程学院新校区太阳能路灯系统的优化设计 沈阳电力高等专科学校学报2004,9用实时监测法优化le