江苏城市职业学院毕业论文太阳能发电路灯照明系统的设计作 者： 学 号：1040010115 班 级：指导教师： 江苏城市职业学院 二一四年四月江苏城市职业学院高职毕业论文太阳能发电路灯照明系统的设计作 者 指导教师 学科级别 高职专科 培养院系 机电工程系 学科专业 机电一体化 学科类别 工学 二一四年四月目 录1 绪 论11.1太阳能照明的发展前景11.2太阳能路灯与普通路灯相比较12 设计构想33太阳能路灯的组成原理框图及其工作原理43.1太阳能路灯的组成43.2太阳能路灯的工作原理44 各部件的组成及工作原理64.1太阳能电池组件的组成及其工作原理64.1.1太阳能电池的分类64.1.2硅太阳能电池工作原理与结构74.2蓄电池的组成及工作原理104.2.1蓄电池的种类和应用104.2.2铅酸蓄电池的工作原理124.3电源控制器的组成及工作原理134.3.1系统硬件结构134.3.2电压采集与电池管理144.3.3负载输出控制与检测电路144.3.4硬件设计中的注意点154.3.5系统软件设计165 太阳能路灯系统设备选型195.1 光源选择195.1.1 LED 灯发光原理195.1.2 LED 灯的基本参数195.2 蓄电池选择205.2.1 蓄电池的简介205.2.2 蓄电池的基本参数205.3 太阳电池组件选择215.3.1 太阳电池组件简介及其参数215.4 控制器选择225.4.1 控制器的简介225.4.2 控制器的基本参数225.5 LED 灯杆的选择235.5.1 LED 灯杆的简介及各项参数236 LED 路灯的设计246.1 太阳能电池板放置倾角和方位角的设计246.1.1 太阳能电池板倾角和方位角的概念246.1.2 太阳能电池板倾角和方位角的计算266.2 LED 路灯系统中蓄电池数量的设计266.2.1 LED 路灯系统蓄电池数量的计算266.3 LED 路灯系统中太阳电池组件的设计266.3.1 LED 路灯系统中太阳能电池板组件个数的计算及布置267 设计总费用及性价比分析287.1 LED 路灯系统总费用估算287.2路灯系统与节能灯系统性价比对比分析28参考文献29毕业设计心得体会30摘要：本文介绍一种基于光伏发电的电源智能管理系统-太阳能路灯照明系统的设计。这个设计，对太阳能照明相关问题做了较全面的探讨，介绍了太阳能照明的发展优势，并阐述了太阳能路灯与普通路灯的区别。我主要参与太阳能电池板放置倾角和方位角的设计，太阳能光伏组件放置方位和角度对光伏系统接受到的太阳辐射有很大影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力。关键字：光伏发电，节能环保，方位角,安全方便。江苏城市职业学院毕业论文1 绪 论1.1太阳能照明的发展前景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，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展急需解决的问题。每年照明消耗电能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新一代节能环保光源。据我国国家绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在3000亿度以上，道路照明用电量占1/3如用太阳能取代，这相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受重视。同时，随着太阳能光伏发电技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。1.2太阳能路灯与普通路灯相比较普通照明路灯安装复杂：普通路灯工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就需要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能路灯安装简便：太阳能路灯安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。普通路灯电费高昂：普通路灯工作中需要支付固定高昂的电费，并且需要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增；而太阳能路灯一般采用寿命长达50000小时以上的LED灯作为光源，日常无需增加消耗电量的费用开支。换个角度说，每装一盏太阳能路灯，每年就可节省1460度电，十年可节省14600度。太阳能路灯具免电费：太阳能路灯是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。普通路灯存在安全隐患：普通路灯在施工质量、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都会带来诸多安全隐患。太阳能路灯没有安全隐患：太阳能路灯是超低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯的其它优势：绿色环保。综上对比所述，太阳能路灯具有安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等特性。而太阳能路灯的最大成本就是太阳能电池板，无需预埋输电电缆及相关工程费用，一盏812米的太阳能路灯的造价一般在1.83.5万元之间。这些太阳能路灯一般使用的光源是长寿命的LED灯或低压钠灯，使用的电压都是绝对安全的直流低电压，采用光控、时控、全自动、无触点电子开关，故障率极低，整体路灯使用寿命要长达15年。此外，路灯与路灯之间彼此独立工作、互不干扰，可根据实际情况将某段时间设计成节能照明状态，从而有效降低造价。只要设计合理，实际比普通路灯更划算。2 设计构想太阳能光伏发电系统的基本原理相同，因而太阳能路灯的设计思路也可依据一般的太阳能发电系统，先确定太阳电池组件的功率，然后计算蓄电池的容量。但太阳能路灯又有其特殊性，需要确保系统工作的稳定与可靠，所以在设计时需要特别注意。现本人想设计一个太阳能路灯的电路. ：白天太阳能路灯在智能控制器的控制下，太阳能电池板经过太阳光的照射，吸收太阳能光并转换成电能，白天太阳电池组件向蓄电池组充电，LED照明熄灭.晚上蓄电池组提供电力给LED灯光源供电，实现照明功能。直流控制器能确保蓄电池组不因过充或过放而被损坏。大概思路如下图：3太阳能路灯的组成原理框图及其工作原理3.1太阳能路灯的组成太阳能路灯由太阳能电池组件、蓄电池、电源控制器、光源等组成。如图3.1图3.1 太阳能原理方框太阳能路灯利用太阳能电池板配上专用微电脑智能控制器，将光能转换为电能，无需挖沟拉线，安装方便，节能环保等特点。微电脑智能控制器采用专用集成电路制造，转换率高，具有防过充、过放、自动调整充电电源、极性反接及输出短路保护功能，大大延长蓄电池的使用寿命，安全可靠，使用方便。高效免维护蓄电池，蓄电强劲，经久耐用，防水性强。时间控制器为自动跟踪式，随着各季节不同的光照时间自动调整开灯时间，并采用节能智能控制，夜深人静时自动关闭其中路灯，延长照明时间。太阳能路灯1.无需电缆，不受地理位置的限制，安装简单方便。2.前期投入略大，长期对照节约。3.不需支付电费，不受停电限制。4.节约能源，促进环保发展，无污染，符合当今社会发展方向，走低碳生活之路。5.充分体现绿色照明的概念，给人以全身心的视觉感受。6.融入了新能源新技术的概念。3.2太阳能路灯的工作原理太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂;另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。并网发电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而独立式发电系统光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。白天的时候，太阳能电池吸收太阳光子能产生电能，通过控制器吧电能储存在蓄电池里，当夜幕降临或者灯具周围的广度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电设定的时间后切断，这样就可以照明了。4 各部件的组成及工作原理4.1太阳能电池组件的组成及其工作原理4.1.1太阳能电池的分类太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。阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形、V族、族和磷化锌等。 太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、五大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。下面是对太阳能电池进行详细介绍。1. 硅太阳能电池 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。2. 多元化合物薄膜太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓III-V化合物电池的转换效率可达28%，砷化镓化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是砷化镓材料的价格不