太阳能LED路灯系统设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流太阳能LED路灯系统设计.精品文档.课程设计 课程名称 班 级 专 业 学 号 姓 名 指导教师 提交日期 姓名 课程设计成绩 评语： 指导教师（签名） 年 月 日目 录第1章 绪论 1.1课程设计的意义 1.2总体工作原理第2章 新余市基本气象及地理情况第3章 设备选型 3.1 LED路灯 3.2 蓄电池 3.3 组件 3.4 控制器3.5 灯杆第4章 LED路灯设计 4.1太阳能LED路灯系统介绍4.1.1系统基本组成简介4.1.2 太阳能LED路灯工作原理介绍 4.2太阳能LED路灯系统设计思想 4.2.1 太阳能电池组件选型4.2.2

2、 蓄电池选型 4.3 太阳能电池组件支架4.3.1 倾角设计4.3.2 抗风设计第5章 设计总费用及性价比分析 5.1经济效益 5.2性价比分析参考文献心得体会关键词: 高效.节能.环保摘要： 系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成第1章 绪论1.1 课程设计的意义在全球节能环保的绿色大潮下，用 LED 路灯替代传统路灯自然成为 人们关注的焦点。 从我国道路照明灯具的使用情况来看， 最常见的路灯照明光源为高压放电 (HID)型式，如高压钠灯、金卤灯以及低压钠灯和高压汞灯等。其缺点是： 1、传统路灯的光源中含有重金属物质，污染环境，而且光

3、源为球形发光， 光发散不易控，光线易溢出指定照射区域，所以形成光污染； 2、传统路灯光源的能耗是 LED 的 5-10 倍，在我们国家照明用电约占总电 量的 12%。如果按保守估计，2010 年我国总发电量将达到 30000 亿度，照明用 电约 3600 亿度，其中将近 70的用于道路照明。如能节约一半的道路照明用 电将近 1300 亿度，相当于三峡电站的年发电量的 1.5 倍。 3、在显色性方面：传统路灯较差，显色指数只能达到 2040 左右； 4、在均匀度方面：传统路灯均匀度低，垂直照度虽可达道路照明标准，但 边缘照度远远低于垂直照度，均匀度差，不能达到道路照明标准； 5、传统路灯只能达到

4、“亮”的层次，谈不上照明“质”的层次。1.2总体工作原理 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、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。 第二章 新余市基本气象及地理情况新余市位于江西省中部偏西，浙赣铁路西段，地处北纬27332805，东经1142911524。全境东西最长处101.9公里，南北最宽处65公里，东距省会南昌市150公里，东临樟树市、新干县，西接宜春市袁州区，南连

5、吉安市青原区、安福县、峡江县，北毗上高县、高安市。 新余市属亚热带湿润性气候，具有四季分明、气候温和、日照充足、雨量充沛、无霜期长、严冬较短的特征。3月下旬初至5月下旬中为春季，气温回升，雨水增加，冷暖多变，常有低温阴雨天气。5月下旬中至9月下旬中为夏季，初夏（5月下旬中至6月底）温度适宜，雨水充沛；盛夏（78月）天气炎热，常有干旱。9月下旬中至11月下旬初为秋季，晴天多雨天少，有干旱，9月下旬多秋寒。11月下旬初至3月下旬初为冬季，严冬多霜雪，冻害常发生。新余市常年气候温和，年平均气温17.7，年平均地温值20.1，年平均相对湿度80%。年平均降雨量1594.8毫米，第二季度占46%，年平均

6、蒸发量1497.8毫米。历年平均日照时数为1655.4小时，年平均日照百分率为38%。无霜期280天左右。第三章 设备选择 3.1 LED路灯产品名称: 镁合金LED太阳能路灯-10 产品型号: WD-LD-30功率42W60W80W100W色温5000-6500K5000-6500K5000-6500K5000-6500K显色指数（RA）85858585工作电压12V/24V12V/24V12V/24V12V/24V灯具效率90%90%90%90%光通量3990lm5700lm7600lm9500lm光源寿命50000H50000H50000H50000H防护等级IP65IP65IP65IP

7、65适用高度6m6-8m6-8m8-10m特殊技术要求1 灯具电性能 :LED路灯在标称的额定电源电压及额定频率下工作时，其实际消耗的功率与额定功率之差不应大于10%，功率因素不应小于092。 2 防护等级 :LED路灯防护等级A级不低于IP67；B级不应低于IP66。 3 平均寿命 : LED路灯的额定平均寿命不应低于30000h。 4 最大温度: LED路灯额定最大温度Tc值不应大于58。 5 最大热沉温度 : 灯具内各个 LED管的最大热沉温度不应大于65。 6 抗扰度 :浪涌抑制性能的电压保护水平应不低于2kV（线线）/4kV（线地）。 7 配光特性 :灯具中部分LED灯泡熄灭或整灯调

8、光时，其光斑形状和路面照度均匀性不应发生明显变化8 适应湿度：95 3.2蓄电池产品说明： 操作温度范围：-20+45/-4+113 充电方式：推荐恒压限流方式 浮冲电压：13.6V-13.8V 25/77 最大充电电流： 0.25C10安培 25/77 自放电电流：每月48小时温度系数-0.018Vpb设计寿500次（50%DOD）3-5年（33AH以下）8-10年（33AH以上）主要特性安全密封 没有自由酸 维护简单 使用寿命长 质量稳定，可靠性高 环境和使用条件（1） 避免将电池与金属容器直接接触，应采用防酸材料，否则会引起冒烟或燃烧。 （2）使用指定的充电器充电，否则可能会引起电池过热

9、、放气、泄露、燃烧或破裂。 （3）将电池使用在医护设备中时，请安装后备电源，否则主电源失效会引起伤害。 （4）将电池放在远离能产生火花设备的地方，否则火花可能会引起电池冒烟或破裂。 （5）不要将电池放在热源附近（，否则会引起电池过热、泄漏、燃烧或破裂。 （6）应用中电池数目超过一只时，请确保电池间连接无误，且与充电器或负载连接无误，否则会引起电池破裂、燃烧或电池损害，某些情况下还会伤人。 （7）电池的指定使用范围如下。超出此范围可能会引起电池损害。 电池正常操作范围：77.F（25） 电池放电后：5.F到122.F(-15到50) 充电后：32.F到104.F(0到40） 储存中：5.F到10

10、4.F（-15到40） 3.3组件 技术参数： 型号：SHA-PV-TH 电源：AC3 380V 50Hz 工作室尺寸： 深*宽*高 1000*1000*1500 单位：MM 温度范围：-40100 交变温度范围：-40100 湿度范围：20%98%RH(4090) 交变湿度：75%95%RH(2585) 温度波动度：0.5 温度偏差度：2 升降温速率：1.03.4/min（线性可调） 湿度偏差：+2、-3%RH 时间范围：09999H可调 总功率：32KW、38KW 太阳能电池板，太阳能电池板型号，太阳能电池板厂家：产品名称太阳能电池板型号SFM180尺寸（mm）1580*805*50转换效

11、率（%）17最大功率pmax(W)180最佳工作电压Vm(V)36.0V开路电压Voc(V)45.0V最佳工作电流Im(A)5.00短路电流Isc(A)5.20太阳能电池板主要特性：1.本组件是由高效晶体硅电池片串并联，用高透光超白布纹钢化玻璃，抗老化EVA和优良耐火性TPT热压密封而成，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高，寿命长，安装方便，抗风，抗冰雹能力强等特性。2.太阳能电池板采用密封防水，高可靠性多功能接线盒，使用安全，方便，可靠。使用寿命可达25年以上。广泛用于光伏电站，并网发电, 屋顶系统，家用供电系统，太阳能移动电源，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。电池板电压：12V/

12、24V 电池板寿命：25年 适用范围：交通信号灯，游艇电池充电，电动车电池充电，电站等 产品保修期：12个月 冲压件：可带电池板冲压件，方便安装 3.4控制器技术参数型号GHL-GHL-GHL-负载额定工作电压DC12V； DC12V/24V；DC24V额定充电电流5A10A15A额定负载电流5A10A15A系统电压DC12V； DC12V/24V；DC24V过载、短路保护1.25倍电流20秒，1.15倍电流5秒，3倍工作电流保护动作空载损耗6ma充电回路压降不大于0.26V放电回路压降不大于0.15V超压保护17V/34V提升充电压14.6V2/24V； (维持时间：10min)（仅当出现过

13、放电时调用）直流充电电压14.4V; 2/24V； (维持时间：10min)浮充13.6V; 2/24V；(维持时间：直至降到充电返回电压动作)充电返回电压13.2v； 2/24V；工作温度-35+60温度补偿-5mv/欠压电压12.0V； 2/24V；过放电压11.2V；2/24V；过放返回电压12.6V；2/24V控制方式PWM脉宽调制主要优点1、防水、防潮性能好。2、散热性能好。3、直接拖线模式，避免了接线端子进水腐蚀及短路的现象。4、路灯夜间歇灭后，可在天明前自动照明2小时左右，有效避免夜间不必要的资源浪费。备注：GHL-型太阳能低压直流控制器：70元/台。3.5灯杆路灯LED路灯灯杆

14、,照明灯品牌：上扬之光，规格：光源类型:钠灯，功率:150W-400W，材质:金属，电压:220（V），品牌:上扬之光，型号:路灯-101，外形尺寸:6000-12000（mm），主要适用范围:道路 路灯 街道。灯杆总高度米6-12米，灯杆为非标产品只要强度达到国家要求就行，灯杆的口径壁厚和外形可以根据用户要求定制。第四章LED路灯设计1、太阳能LED路灯系统介绍 1.1 系统基本组成简介 系统由太阳能电池组件部分（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

15、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”；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。 1.2太阳能LED路灯工作原理介绍 系统工作原理简单，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、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值

16、后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池 2、太阳能LED路灯系统设计思想 太阳能LED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。2.1 太阳能电池组件选型 设计要求：负载输入电压24V功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7天。 近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算峰值日照时数约为3.424h； 负载日耗电量= = 12.2AH 所需太阳能组件的总充电电流= 1.0512.2（3.4240.85）=5.9A在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为

17、20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。 太阳能组件的最少总功率数= 17.25.9 = 102W 选用峰值输出功率110Wp、单块55Wp的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。 2.2 蓄电池选型 根据上面的计算知道，负载日耗电量12.2AH。在蓄电池充满情况下，可以连续工作7个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量：12.2（7+1） = 97.6 （AH），选用2台12V100AH的蓄电池就可以满足要求了。 2.3 太阳能电池组件支架 2.3.1 倾角设计为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，依据本次

18、设计参考相关文献中的资料1，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。 2.3.2 抗风设计 太阳能电池组件支架的抗风设计依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 路灯灯杆的抗风设计 路灯的参数如下：电池板倾角A = 16o 灯杆高度= 5m设计选取灯杆底部焊缝宽度 = 4mm 灯杆底部外径= 168mm如图3，焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩

19、W 的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为PQ = 5000+（168+6）/tan16o Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F1.545。 根据27m/s的设计最大允许风速，230W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数，F = 1.3730 = 949N。 所以，M = F1.545 = 9491.545 = 1466N.m。 根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = （3r23r23）。 上式中，r是圆环内径，是圆环宽度。 破坏面抵抗矩W = （3r23r23 =（384243844243）

20、= 88768mm3 =88.768106 m3 风荷载在破坏面上作用矩引起的应力= M/W = 1466/（88.768106） =16.5106pa =16.5 Mpa215Mpa 其中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。 所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，灯杆的抗风是没有问题的。第五章 设计总费用及性价比分析 5.1经济效益： 名称250W替代对比LED路灯 400W替代对比LED路灯 灯类HPS-250WSPL-120WHPS-400WSPL-180W灯泡功率（W）250120400180电源功率（W）802013025实际耗电功率（W）330140530205日耗电量（度/日）3

21、.961.266.361.85年耗电量（度/年）1445.4459.92321.4897.9电费（元/年）1329.77423.112135.69826.07维护（元/年）20002000灯泡（元/年）10002000总费用（元/年）1629.7 7423.112535.69826.07两组数据分别节省：1206.66元/年，1309.62元/年（电费0.92元/度） 5.2性价比分析LED 路灯与传统路灯（高压钠灯）对比在主要性能方面的优点 有： 1、环保：LED 是全固体发光体，可以承受高强度机械冲击和震动，不易 破碎，废弃物便于回收。而且 LED 光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和

22、紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。2、节能：发光效率高，灯具反射损失低，节省能源 70%；在同样亮度下耗 电量仅为普通白炽灯的 1/10。 3、寿命长，维护成本低 ：LED 理论寿命超过 10 万小时，LED 路灯的实 际使用寿命在 5 万小时以上，是高压钠灯 15 倍以上的寿命，维护费用低。4、显色性佳：LED 路灯的色温可以在 4000-7000K 之间灵活选择，显色指数最可达 80 以上， 发光颜色更接近于自然光， 路面看起来更明亮， 感觉更舒适， 驾驶人员也感觉更安全。 5、光效利用率高：LED 光源利用率高，约为 90%，LED 发光角度同灯具的发光角度可保持一致，LED

23、 路灯的光可以直接照射到指定区域，光源利用率高。 7、启动时间短：LED 路灯将不存在启动延时问题，可随时接通，随时工作，能够非常方便地实现智能化节能控制。 8、供电系统：LED 路灯用专用驱动模块，不需要大型的变压器，整个驱动器能实现恒流驱动，保证了电压变化时 LED 路灯亮度不变。参考文献1郭延韦，刘鉴民.太阳能利用，北京：科学技术出版社，19872 GB/T14009-92太阳能电池组件参数测量方法.3GB/T18912-2002/IEC 61701:1995. 光伏组件盐雾腐蚀实验室.心得体会 目前，太阳能LED照明的初投资问题仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景