光伏发电路灯系统课程设计

光伏技术与工艺课程设计课程名称：光伏技术与工艺题目：50W太阳能LED路灯照明系统设计系部：电气工程系专业班级：10光伏发电学号：39学生姓名：whn起讫日期：2012、6、4 2012、6、9指导教师：LSW目录一、设计目的及意义1、背景2、设计目的3、设计意义二、太阳能路灯的应用优势三、设计要求四、设计思路及其设计原则五、太阳能路灯照明系统介绍（一）系统组成与原理（二）光源（三）蓄电池（四）控制器（五）太阳电池组件六、计算及选型（一）计算（二）选型七、施工八、心得体会一、设计目的及意义1、背景在当今能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。

美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。

在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高，光伏发电显得越来越重要。

自从实用性的硅太阳电池问世以来，世界上很快就开始太阳能光伏发电的应用。

发展初期，因太阳电池价格昂贵，光伏发电主要限于在空间为卫星供电。

随着太阳电池技术提高，价格下降，光伏发电逐渐在地面得到应用，规模也日益扩大。

从1958年美国发射的卫星上首次使用太阳电池开始，至今全世界发射的4000余颗卫星，90％以上采用光伏发电系统供电。

所用太阳电池，大部分为硅单晶电池，近来开始采用砷化镓和磷化铟电池。

太阳电池方阵组装方式有体装式和帆板式两种，功卒小至数瓦，大至上千瓦、几十千瓦。

空间光伏发电用的太阳电池要求，转换效率高，重量轻，耐辐照性能好，温度系数小等，今后发展重点是薄膜太阳电池。

在卫星上成功地实现光伏发电后，人们自然会提出建造空间电站的设想，利用空间太阳辐射强、不受昼夜、气候、季节影响的有利条件，在空间将太阳能转换为电能，再用微波或激光传输到地面。

光伏发电用于地面之后，因价格贵而首先在一些特殊领域获得应用，如海上导航，牧区电围栏，微波通讯，管道阴极保护等。

随着价格的下降，光伏发电逐渐扩大应用领域，目前主要用于以下四个方面：消费性产品，如非晶硅太阳电池供电的计算器，太阳能钟表，太阳能照明灯具，太阳能收音机、电视机等，这类产品约占世界光伏产品销售量的14％；远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立光伏电站集中供电，其占世界光伏产品销售量的35％；离网工业供电系统，其占世界光伏产品销售量的33％；并网光伏发电系统，其占世界光伏产品销售量的18％。

随着光伏发电规模的扩大，井网发电系统将快速发展。

光伏发电在发展中国家也得到了一些应用，但应用重点是小型系统，主要解决无电或严重缺电地区家庭用电的需要。

随着国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电成本会逐步下降，未来国内光伏容量将大幅增加。

中国已将新能源产业上升为国家战略产业，未来10年拟加大对包括太阳能在内的新能源产业投资，以减少经济对石化能源依赖和降低碳排放。

未来五到十年中国光伏发电有望规模化发展。

2、设计目的（1）利用太阳能路灯的应用优势了解太阳能路灯。

（2）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）学习并了解太阳能路灯的工作原理与一般路灯的区别。

（5）加强对光伏技术与太阳能路灯的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择设备、模块化设计等多项知识。

（6）利用实验装置模拟太阳能路灯（7）结合理论与实践，正确选择LED太阳能路灯的安装地点以及环境要求。

（8）根据计算，选择合理的设备，以保证LED太阳能路灯正常安全运行。

3、设计意义太阳能—本世纪人类的主要能源之一。

到2030年，世界电力生产将主要依靠太阳能。

太阳能作为一个不污染环境，又取之不尽的新能源将无处不在。

太阳能光电产品是通过太阳在光的作用下，转化为电能的过程，是一种利用高新技术研制的新能源，是21世纪人类所向往、所追求的新光源太阳能路灯既可用于城镇公园、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道路照明问题。

光伏发电不消耗燃料，不受地域限制，规模大小随意，可以独立发电或并网发电，无噪声、无污染，建设周期短，不用架设输电线路，安全可靠，维护简便，可以无人值守，具有其它发电方式无可比拟的优点。

它是大规模利用太阳能的重要技术基础。

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是无处不在。

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到重视。

这样，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应运而生，在这里就太阳能路灯和使用市电路灯的效果作实用对比。

初期费用贵，但是运行费用低于普通灯具绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。

二、太阳能路灯的应用优势太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，它具有绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有特性。

与市照明灯具相比具有以下主要优势：（1）市照明灯具安装复杂，线路容易出故障，维修检查较困难。

太阳能照明灯安装简便，不用铺设复杂的线路，维修检查简单。

（2）市照明灯具电费高昂，要长期不断对线路和其他配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。

太阳能照明灯具免电费，只需一次性投入，无任何维护成本三年收回成本，长期受益。

（3）市电照明灯具有安全隐患，由于施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。

太阳能照明没有安全隐患，太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠，产品使用寿命长。

（4）节能，它利用自然光源，无需消耗电能，而且取之不尽用之不完。

（5）环保，符合绿色环保要求，无污染、无辐射，保护生态。

（6）安全，由于产品不使用交流电，而且采用蓄电池吸收太阳能，通过低压直流电转化为光能，是最安全的电源。

（7）科技含量高，产品的核心装置是智能控制器，设置的自控、时控开关装置可根据一天24小时内的天空亮度和人们在各种环境中需要的亮度自动调节。

三、设计要求：LED太阳能路灯光源功率为 50W,工作电压为直流 24 V。

要求路灯每天工作9h,保证连续 10个阴雨天能正常工作。

南昌市区地处北纬28°10′、东经115°67′，海拔46.7m ，全年平均日照时间3.81h 。

昌北地区主干道宽 m，长 km。

四、设计思路及其设计原则1、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。

2、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 W，DC 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，连续阴雨天数较多地区约为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数：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、经纬控制型等，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。