太阳能路灯系统的设计资料

1.1 课题研究背景及意义

进入21世纪，人类将面临三大主要问题：经济、能源和环境。经济与能源问题逐渐发展成阻碍社会经济发展的绊脚石。现在最令人敬畏的挑战是给未来找到一种足够清洁、可持续发展的能源。当今社会，环境污染日趋严重，随着人类所使用的资源日益耗尽，开发不污染环境的清洁能源已成为各国刻不容缓的任务。在世界上，近三分之一的人不能生活在通电的农村地区，也不能拥有清洁的饮用水。作为可持续发展能源，太阳能可以为人们轻易地提供电力，推动经济的发展。太阳能用之不尽，取之不竭，因此太阳能光伏发电受到越来越多人的关注。太阳能被称作是21世纪最重要的能源。相对于火、水、核电来讲，太阳能发展具有安全性、充足性和清洁性等特点。LED照明灯因为具有环保、寿命长和节能等优点，在诸多领域被广泛使用。光伏发电和LED照明，两者进行有机地完美结合，对人类的可持续发展做出重大贡献。

1.2国内外研究现状

因为地球资源的日趋匮乏，人类对于用太阳能发电的心愿越来越急切。由于美日德等西方国家推动了国家光伏发展计划及太阳能屋顶计划这两者的发展，使得近年来光伏产业在世界上的地位越发重要，也是至今发展最快的产业之一。

另外，人们对于太阳能路灯这一词并不陌生，在一些发达国家的公路上到处都有太阳能光伏设备。太阳能在其很多领域都有涉及，比如:在交通、通信等工业领域亦或是在山道、隧道等工程类领域里。随着世界逐渐开始注意LED节能灯后，国内外各种一线知名品牌开始相继进军各大灯具市场，市场之间的各种竞争愈演愈烈。在国内，我国太阳能资源总量非常丰富。但是中国人口众多，再加上现在的资源紧张，已经逐渐影响了人们的日常生活。因此，太阳能以其丰富的能源优势，在实际运用领域获得举重若轻的地位。但是与世界光伏产业相比，中国还处于起步阶段，党和政府深之其发展的可行性，要求社会深入了解新能源的优势，支持和鼓励新能源的开发。

1.3 太阳能LED路灯的市场发展现状

近些年来我们国家的道路照明质量不断提高，路灯建设得到了迅猛的发展。在照明灯中，LED灯与传统光源的白炽灯和荧光灯相比，拥有环保、节能、寿命长等特点。作为一种新型的绿色光源，LED灯将逐步取代普通节能灯。我们常用的节能灯中含汞，这会对人类身体产生危害和造成环境污染。作为一项发展产业，我国实施了绿色照明项目，选择采用新型光源，为社会带来一个舒适，节能的照明环境。随着LED照明灯的不断发展，它将逐步成为最热门的产业。

1.4 论文的主要内容

本文论文通过对蓄电池的充放电的保护来控制太阳能路灯的开关。整篇文章介绍了路灯系统的设计，它的主要组成部分:控制器、电源电路模块、太阳能电池板电压采集模块、蓄电池电压采集模块、复位模块等。对其以此进行了方案分析，以及硬软件的设计与研究。

第二章系统的方案设计

2.1 整体方案设计

2.1.1系统的设计原则

1)经济性原则:

在整个路灯系统设计过程中,我们应尽可能地选取简单的设计方案,并选择简单的组成系统,用以节约整个系统设计的开支。考虑到它的经济性，我们所设计的整个界面应简单并易于操作，这样有益于系统维护人员的使用。

2）稳定性原则：

整个系统发生异常情况时，能拥有稳定处理故障的能力，并具有自我修复的功能。从稳定性上考虑，应选取寿命长、质量好的工作元件。不会因为某一突发状况而造成数据丢失等情况的发生。

3）通信实时性原则

系统在数据传输的时候，其传输的命令要立即执行。

2.1.2 系统功能的设计要求

系统中的控制器是整个系统的核心。控制器控制着蓄电池的充、放电，并监控LED路灯的运行。系统的功能设计具体如下：

1）在出现故障、数据监测异常、路灯工作电压异常和蓄电池电压超过上下限电压时，能即时报警，保证系统的正常运行。

2）整个程序严格控制开关灯时间，对每个路灯设定精确的开断时间。

3）利用控制器控制蓄电池的充、放电。遇到阴雨天时，太阳能电池板停止对蓄电池充电，此时应给路灯负载接入220V的电力线，来保证供电。

2.2 路灯系统的结构组成

太阳能LED路灯系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和LED灯具四个部分组成。

太阳能电池：把太阳能转变为电能的装置。

蓄电池:储能装置，为负载供电。

控制器：控制太阳能电池的输出功率和蓄电池充放电等的装置。

LED灯具：是各种路灯灯头。

2.3 太阳能电池

2.3.1太阳能电池的工作原理

我们最常见的太阳能电池一般都是P-N 结的二极管，P-N 结通过光能产生

直流电。在受到光照时，与此同时和它相连的负载会有电流的产生。太阳能电池具有P层和N层，P-N 结则由硅或者镓构成。太阳能电池由P型半导体和N型半导体两者构成。P型硅的载流子是带正电的空穴，由3价硼原子组成，晶片受光过程中带正电的空穴网P型区移动；N型硅的载流子是带负电的电子，由5价磷原子组成，在受光时，带负电的电子往N区移动。在受到足够的阳光照射下，会在结区附近产生电子—空穴对，再通过正负电极，接上负载就能产生直流电。

2.3.2太阳能电池的分类

太阳能电池是整个太阳能路灯中的核心,也是这个系统中价值最高的部分。太阳能电池组件的作用是将太阳能转换为电能，然后存储在蓄电池中，在无光照时，来发光照明。太阳能电池的种类有很多，在能量转换效率，制造成本等方面，每一种光伏材料都有它的优缺点。在众多太阳能光电池中较普通且实用的是以下几种日常生活中最常见的三种材料。

单晶硅太阳能电池:光电转换效率最高，为13%—15%，最高可以达到24%。这是至今为止在所有太阳能电池中转换效率最高的。它牢固且耐用,寿命能达到25年。但它制作成本很大，不被广泛推崇使用。

多晶硅太阳能电池：效率比单晶硅要低很多，为11%—13%。它的材料制作简单，生产成本低，所以被大量发展应用。但是从寿命上来讲，它的使用寿命比单晶硅短。因此，从性价比上考虑，单晶硅太阳能电池比之稍好一点。

非晶硅太阳能电池：它的制作方法与以上两种完全不同。材料消耗少且电耗低。但其光电转换效率偏低，为8%—10%，并且稳定性较差，但它能在弱光条件下发电。

所以在阴雨天比较多、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。

2.3.3太阳能电池的最大功率点跟踪原理

在光伏发电系统中，使用太阳能电池是最基本的环节。提高太阳能光伏电池的转换效率,使其输出功率为最大功率，以提高整个系统的工作效率。实际上，对最大功率点跟踪是一个寻优的过程，所谓的太阳能电池最大功率点跟踪，即控制太阳能电池一直输出最大功率。在太阳能发电系统中，只有提高太阳能电池的转换效率，才能提高整个系统的效率。但是太阳能电池的I－V特性具有非线性的特征。随着外界温度，光照强度等自然因素的变换，其输出功率会发生相应的改变。但在一定的温度和光照强度下，太阳能电池具有唯一的一个最大功率点。