太阳能路灯的设计

1、1 引言全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。半导体LED照明与太阳能的有机结合,更具独特的优势和良好的应用前景。本课题在太阳能电池、蓄电池和LED负载三者间进行合理容量匹配测算。旨在优化系统设计、降低运行成本、提高使用效益。利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板，在白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，即将白天向蓄电池组件充电，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右，充放电控制器侦测到太阳能电池板开路电压后动作，蓄电池组件向直流负载提供电力。蓄电池放电7小时后，充放电控制器动作，

2、蓄电池放电结束。本文主要完成了如下工作: 1、从理论计算、当地气象资料和实测等几个方面分析研究，为太阳能路灯的优化设计提供数据支持。 2、对太阳能电池、蓄电池和白光LED的工作原理及特性进行了分析研究。 3、使用全自动充放电控制器,实现光控开、定时关,过充过放保护等功能。4、在满足太阳能路灯照度标准的前提下,确定LED灯具的功率和结构;在保证一定自给天数的条件下确定蓄电池的容量;根据路灯安装场地和本地的太阳辐射情况,确定合理的太阳能电池输出容量。用控制器进行全天跟踪测试确定太阳能电池板的最佳倾角和方位角。1.1 太阳能路灯的研究目的和意义然而，随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高

3、的要求，寻找新能源成为当前我们面临的迫切课题。现有能源主要有3种，即火电、水电和核电。火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。 核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。比如：前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。这

4、些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到符合这两个条件的能源就是太阳能。太阳光照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。现在，人们越来越认识到太阳能的重要价值。特别是在当前世界各国面临能源日益紧缺的情况下，人们已把太阳能作为开发利用的现代主要新能源之一，因此，向太阳这个取之不尽的能源宝库索取能量，实现人类历史上的能源变革，已成为今后能源开发的主要

5、趋向。随着科学技术的不断发展，人们对太阳能的利用也日益广泛和深入。现在，太阳能的利用已扩展到科学研究、航空航天、国防建设和人们日常生活的各个方面。但是，太阳能的利用虽然有很多方法，但是像超大功率的太阳能发电站、家庭屋顶发电等都不适合中国的国情，唯一最简单而最容易实现的是太阳能路灯。我国的路灯总数超过1亿盏，只要其中的6000万盏改成太阳能路灯，其每年节省的电量就超过一个三峡水电站的发电量。如果把今后每年新增的2000万盏路灯全部改用太阳能路灯，三年下来又是一个三峡水电站。其节能的效果是非常可观的。太阳能路灯以太阳光为能源，成本低廉，可以再生。白天充电晚上使用，无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整

6、灯具的布局，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费免维护。1.2 中国太阳能路灯的发展前景太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品。太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明问题。每年照明电能消耗约占全部电能消耗的12%15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可以替代传统光源的节能环保光源。LED以其

7、较之于传统照明光源所没有的优势，诸如较低的功率需求、较好的驱动特性、较快的响应速度、较高的抗震能力、较长的使用寿命、绿色环保以及不断快速提高的发光效率等，成为目前我国今后照明系统发展的方向。太阳能LED路灯和传统高压钠灯路灯的比较：太阳能LED路灯采用的是清洁的可再生能源，相比于传统的高压钠灯可以减少二氧化碳排放量。假如2009年的2000万盏路灯全部改用太阳能LED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。 传统的交流电供电路灯的最大问题是要铺设输配电电缆，增加了宝贵的铜资源的消耗。需要挖沟，破坏路面。而且这些路灯电缆还是不法分子最理想的偷窃目标。而架

8、设太阳能路灯就十分简单， 交流电供电要比太阳能供电效率低15，也就是说要得到同样的输出功率，采用交流电就要多输入15的电功率。而且还有功率因素的问题，如果不加补偿，更会引起电网的无功功率增加。 太阳能LED路灯的最大优点就是完全不需要交电费。一盏250瓦的高压钠灯每年的电费大约在766元左右。2000万盏路灯的电费一项支出就是153.3亿元人民币。 普通高压钠灯的寿命只有30005000小时，而LED的寿命可达3000050000小时，而且随着技术的进步，LED的寿命完全有可能高达10万小时。再加之中国的能源结构十分不合理，中国的能源70以上都是依靠煤炭。煤炭加上石油占90以上。而这两种能源再

9、加上天然气都是产生二氧化碳的罪魁祸首。所以中国的二氧化碳排放量早在2006年已经超过美国成为全球第一。虽然核能不产生二氧化碳，但是它不是可再生能源，也有枯竭的时候。虽然水力是可再生能源，但是中国的河流大多数夹杂有大量的泥砂，过去已经有黄河三门峡的经验教训，现在的长江三峡还前途未卜，而且水电可开发的量是有限的。甚至就拿中国蕴藏量最大的煤炭来说，也是十分有限的。表1.1为中国使用所有能源的分布。表1.1 中国使用能源的分布煤炭 石油 水力 天然气 核能 70 21 5 3 1 由于中国的地理位置，中国拥有非常可观的太阳能源。全国各地的年太阳辐射总量为3340-8400 MJ/m2，中值为5852

10、MJ/m2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区。由此可见，采用太阳能LED路灯涉及到我国能不能在短时间内快速发展太阳能的利用问题。发展太阳能LED路灯以后只要一年时间就可以实现800万千瓦的绿色可再生能源，三年下来就是相当于建造了一个新的绿色三峡水电站。就可以使我们的可再生能源增加到4%以上。这是在最短期间内加速改变我国能源结构的最为有效的短平快而多快好省的做法。因此太阳能路灯在中国一定有广阔的发展前景。2 太阳能路灯系统组成及其工作原理系统由太

11、阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。（图2.1 为太阳能路灯系统结构图）太阳能电池板

12、照明电路智能控制器蓄电池图2.1 太阳能路灯系统结构图2.1 太阳能路灯工作原理系统工作原理，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右，充放电控制器侦测到太阳能电池板开路电压，蓄电池对灯头放电。2.1.1光控开关的工作原理光控开关的主要元件是光敏电阻器，光敏电阻器又叫光感电阻。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。光感电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。在黑暗环境里，它的电阻值很高，

13、当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。2.1.2光敏电阻式光控开关以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，下面介绍两种典型电路。图2.2 简单的暗激发继电器开关电路图2.2是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降

14、到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。图2.3 精密的暗激发时滞继电器开关电路图2.3是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高，其输出激发VT导通，VT的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。由于第一种设计结构简单，所以本设计采用第一种简单的暗激发继电器开关电路。2.2 太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中

15、存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。目前，太阳能电池大体分类有：1、晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。2、非晶硅电池板：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。3、化学染料电池板：染料敏化太阳能电池。在太阳光电池中较普遍且较实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。单晶硅太阳能电池变换效率最高，已达20以上，但价格也最贵。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，而且效率高。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是

16、这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10。所以，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。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。本设计将采用多晶硅太阳能电池。2.2.1 太阳能电池发电原理太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。1、光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳

17、能热发电的缺点是效率很低而成本很高，而大规模利用在经济上很不合算。2、光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。本设计采用的是光电直接转换方式。太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同。P型晶体

18、硅经过掺杂磷可得N型硅，形成PN结。 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在PN结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。2.2.2 PN结两侧集聚形成了电位差的原因图 2.5 掺入硼时半导体结构图 2.4 一般半导体主要结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图2.4，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会

19、存在着一个空穴，它的形成可以参照图2.5。图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而浅色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的深色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P型半导体。图 2.6 掺入磷时半导体结构同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N型半导体。如图2.6，浅色的为磷原子核，小的深色的为多余的电子。N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。图2.7 太阳能发电示意图

20、当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。(如图2.7所示） 简单的说就是太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。2.3 太阳能控制器与跟踪器无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充电放电控

21、制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须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，合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能，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。太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。本设计中还加入了太阳能跟踪控制器，起作用是让太阳能电池板全天候的跟踪太阳，使电池板以最好的角度面向太阳，最大限度的获取太阳能。2.3.1 太阳能控制器工作原理电路原理见附录A图所示。该电路由以 U5 为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以U4A

22、U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关KS1电路、以U1B组成的蓄电池过放电控制电路、以U1A组成的开灯检测控制电路、以U2组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。现分别介绍如下。(1)过充电、过放电检测保护部分太阳能电池组件板或阵列由插口CZ1 的脚输入，加至防反充电二极管D2的正极D2的负极接12V蓄电池的正极，即CZ1的脚。控制器在初始上电时，由于C4的作用使U5脚为低电平，脚输出高电平，Q7导通；Q8截止，允许太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于14.4V 时，由R13、(R38十R39)组成的串联分

23、压电路送至U5、电压低于23*U5的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当U5、的电压高于23*U5供电电压时，U5脚输出低电平，Q7截止、Q8导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在U5脚输出低电平的状态下，其脚导通，相当于将R40并入电路中。此时电路的分压比为：R38+R39R40Rl3+(R38+R39)R40，不难算出，当蓄电池电压低于设定值 13V时。电路状态再次翻转，U5脚输出高电平，允许蓄电池充电。(2) 开灯检测方法与控制太阳能电池板是一个很好的光敏元件，其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化，本控制器就是利用

24、这一原理实现开、关灯控制的。太阳能电池板PVin 输入电压经R5、R6串联分压后；加至运放U1A脚，其脚接于R9、R8+VR1的分压点上。在白天，太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经R5、R6分压后使运放U1A脚电压高于脚， U1A脚输出低电平，Q1截止，U2无供电电压不工作，Q2截止，继电器不吸合，系统无输出电压，路灯不工作。随着天色渐黑，太阳能电池板输出电压降低。UlA脚的电压也同步降低，当U1A脚电压低于脚时，比较器翻转，U1A脚输出高电平，Q1导通，定时电路U2得电工作，Q2导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中VR1为路灯开灯时刻设置调节电位器，调节VRl可设置不同时刻点亮路灯。D

25、W1是钳位二极管，作用是避免白天太阳能电池板接受的电压过高导致U1A脚输入电压过高而损坏。C1为储能电容，作用是防止U1A脚电压瞬时突变误点亮路灯。R14为反馈电阻。其作用是使U1A成为一个迟滞比较器。防止和避免U1A在开灯点附近振荡而反复开、关路灯。(3) 路灯延时电路点亮、熄灭控制电路延时控制电路选用CD4541BE 可编程定时控制芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路，最大分频级数为65536级。本控制器设计定时开灯和定时关灯时间调节范围是：2.093小时-11.93小时。分别由VR2和VR3控制调节。(4) 蓄电池停止放电优先控制电路若在路灯欲点亮或已点亮时，蓄电池电压已经低于其允许终止

26、放电值时，Q4导通。此时无论U1A输出高电平与否，均会使Q1截止，从而保护蓄电池避免过放电损坏。(5) 电池电压指示电路为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态，本控制器设有 LED 电池电压指示装置，通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。2.3.2 太阳能跟踪控制器工作原理由于本设计考虑到更大限度的获取太阳能，所以本设计增加了太阳能跟踪器，安装太阳能跟踪器后，太阳光可以垂直照射到太阳能电池板上，这样每个角度太阳能电池板都可以充分的获取太阳能，这样也可以减小电池板的面积，从而减小造价。现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成

27、光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻；一只检测太阳光照，另一只则检测环境光照，送至比较器输人端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳，而且调试十分简单，成本也比较低。电路原理图如

28、附录B图所示，双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD（12V）的 1/2。光敏电阻 RT1、RT2与电位器 RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如图2所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的脚电位升高，脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合。同时RT3内阻减小，

29、LM358的脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时，继由器K1、K2都导通，电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机M转停、转停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：（l）LM358的脚电位升高时，脚电位则降低，LM358的脚电位升高时，脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠；（2）可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板，避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。使用该装置

30、，不必担心第二天早晨它能否自动退回。早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。2.4 蓄电池一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。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，

31、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。 2.5 LED灯头2.5.1 太阳能路灯灯头的种类太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。 （1

32、）低压节能灯：功率小，光效较高，但使用寿命2000小时，电压低灯管发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。 （2）低压钠灯：低压钠灯光效高（可达200Lm/w），但需逆变器，低压钠灯价格贵，整个系统造高，采用较少。 （3）无极灯：功率小，光效较高。该灯在220V（纯正弦波，频率50赫兹）普通市电条件下使用，寿命可以达到5万小时，在太阳能灯具上使用寿命大大减少和普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、项位、电压都是不能和普通市电相比的）。 （4）LED：LED灯光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高。大功率LED路灯与常规高压钠灯

33、路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点。某地区安装的首批LED路灯，每盏150瓦，与原来的450瓦的钠灯相比，不但节约电量66.6%，而且更亮了。而且LED灯不需要逆变器。所以本设计采用LED灯头。2.5.2 LED 的结构及发光原理50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n 型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体

34、材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。 PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。2.6 路灯灯杆、灯具外壳及蓄电池地埋箱灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外观要求不高，相对实用就行。3. 蓄电池、LED灯头和太阳能电池板的选用中国太阳能资源相对来说还是比较丰富的，每天的日照峰值在4小时

35、左右，像青海西藏这些离太阳比较近的地方日照峰值按照4.5计算就行了，一般的地方按照4小时也就行了，这里有说到了什么叫日照峰值，什么叫日照功率，就表示，每天相等于全功率发电下的时间，一般是4个小时，它表示一天发电量相当于额定功率下4个小时的发电量。具体的蓄电池和太阳能电池板的计算方法是这样的：1.首先计算出电流：12V蓄电池系统；30W的灯2只，共60瓦。电流60W÷12V5A2.计算出蓄电池容量需求：路灯每夜累计照明时间需要为满负载7小时(h)；(如晚上8：00开启，到次日凌晨1：00关闭1路，凌晨4：00开启2路，凌晨6：00关闭)需要满足连续阴雨天2天的照明需求。(2天另加阴雨天

36、前一夜的照明，计3天)蓄电池5A×7h×(21)天5A×21h105AH另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；再加之太阳能跟踪器用电，所以放电余留20%左右。所以105AH也只是应用中真正标准的70%左右。实际蓄电池105AH÷0.7=150AH3.计算出电池板的需求峰值(WP)： 路灯每夜累计照明时间需要为7小时(h)；电池板平均每天接受有效光照时间为4.5小时(h)；最少放宽对电池板需求20%的预留额。WP÷17.4V(5A×7h×120%)÷4.5hWP÷17.4V9.33AHW

37、P162(W)(17.4V是硅片固定的电压)另外在太阳能路灯组件中，线损、控制器的损耗、及镇流器或恒流源的功耗各有不同，实际应用中可能在5%-25%左右。所以162W也只是理论值，根据实际情况需要有所增加。太阳能LED灯具的具体技术指标如表3.1所示表3.1 太阳能LED灯具具体技术指标太阳能电池165W 12VLED发光源30WLED灯两只工作温度-40+80过充保护电压15V(14C)过放保护电压11V蓄电池12V 150Ah照明时间如晚上8：00开启，到次日凌晨1：00关闭1路，凌晨4：00开启2路，凌晨6：00关闭阴雨天保证时间保证连续2个阴雨天气正常工作计算电池板的需求峰值(WP)时

38、，4.5h是每天光照时间为长江中下游附近地区日照系数。表3.2所示为中国各大地区峰值日照数据。表3.2 中国各大地区峰值日照数据城市斜面日均辐射量峰值日照时数哈尔滨153384.3997964长春171274.7578806沈阳165634.6012014北京180355.010123天津167224.6453716呼和浩特200755.576835太原173944.8320532乌鲁木齐165944.6098132西宁196175.4496026兰州158424.4009076银川196155.449047西安129523.5980656上海136913.8033598南京142073.94

39、67046合肥132993.6944622杭州123723.4369416南昌137143.8097492福州124513.4588878济南159944.4431332郑州145584.0442124武汉137073.8078046长沙115893.2194242广州127023.5286156海口135103.753078南宁127343.5375052成都103042.8624512贵阳102352.843283昆明153334.2595074拉萨241516.7091478结 论本次毕业设计的太阳能路灯设计是针对已存在的路灯进行进一步的改进，首先采用了太阳能电池作为能源，已达到环保节约的目的，设计中使用了光控和时控相结合的方法。为了节约用电，在深夜行人较少时路灯根据设置的熄灯时间熄灭早上行人较多时，根据设置的刊登时间灯亮。本设计中还加入了太阳能跟踪控制器，可是太阳能电池板更大限度的获取太阳能,并且这样能够减小太阳能电池版的面积，从而减小整个系统的造价。其次，内部是设有蓄电池，用于保证在阴雨天气供电。本设