太阳能LED路灯项目实施方案.doc

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1、太阳能 LED 灯实施方案一、工程实施步骤一、需求分析略 二、功能分析LED 太阳能灯，具有节能、环保、寿命长，免维护等优点，光源可以承受几百颗高亮度LED 组成，内置路灯把握器光控、时控及LED 恒流驱动器，用户只需要连接灯杆、蓄电池，就可以完成太阳能路灯的组装生产。产品适用于小区道路、庭院、工业园区及农村亮化工程的照明。太阳能 LED 灯不需要外接 220V 电源，提高安全性。承受太阳能作为驱动。每个 LED 灯组都配置一个单独的太阳能电池板，该电池板能够使电池在阳光充分的条件下充电。可以将它们放置在家门口，信箱上，柱子等白天或者夜晚需要高亮度照明的地方。灯的电池不需要直接的太阳光，仅仅需

2、要对着天空即可。只要有太阳光，灯的电池就可以自动充电，同时，日落之后灯就会自动发亮。不需要保养，不需要更换电池，不需要更换灯泡。灯的特点：1. 承受太阳能驱动，不需要电力2. 承受LED 为光源，不需要更换灯泡3. 电池在充分电之后可以维持发光4. 灯可以自动启动和关闭5. 具备良好的防水和耐环境侵蚀的性能2.1 、系统组成太阳能 LED 灯指的是用太阳能电池板作为能源采集方式替代传统的市电接入方式，采集太阳能转换为电能存储到蓄电池，在需要照明时驱动照明设备，这里的照明设备承受高亮度LED 替代传统的照明灯。产品由四大局部组成，即：1） 太阳能采集和转换局部太阳能板；2） 电能存储局部蓄电池；

3、3） 照明局部高亮度LED 灯4） 把握电路；5） 其它如支撑部件，把握箱灯。太阳能板蓄电池LED 灯把握电路指示灯图 3 系统电气连接示意图组件功能类型太阳能电池利用光伏效应将太阳能转换为单晶硅太阳电池、多板电能晶硅太阳电池总称晶体硅太阳电池和非晶硅太阳电池电池存储电能有铅酸免维护蓄电池、一般铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种，主要是第一个，一般铅酸蓄电池需要维护，而碱性镍镉蓄电池较贵LED 灯照明白色，彩色，单个大功率或多个小功率电路过充、过放保护，光控、时控， 单片机或比较器方式防反接，LED 恒流驱动其它供给物理支撑，连线等灯架，把握箱，连线表 1、 部件功能2.2 、系统部件指标：1、太

4、阳能电池板指标：材料单晶硅，多晶硅，非晶体；非晶硅l 光电效率；l 价位； 30 元/Wl 峰值电压；17.5l 接口；l 工作寿命l 工作电流l 太阳能板的面积、重量l 工作条件温度、湿度范围-20 度80 度使用单晶和多晶的电池片，功率从1W 到 190W 。电池片的厚度大约在200-350 微米，使用高透光的钢化玻璃和 TPT ，保证组件在恶劣环境下的良好性能。组件用电镀的铝型材框架便于安装和携带，组件边框和电池片之间的距离确保抵抗气候变化的影响，同时保证组件的最经济尺寸。2、电池指标：l 过充电压 14.4V+ -0.2Vl 容量 50AHl 无电时的电压l 接口连线标准l 太阳能电池

5、对电池充电的开关把握方式放电-待机-充电l 电池的品种 免维护铅酸电池l 价位l 工作寿命l 工作条件3、LED 灯：l 实现方式l 颜色l 价位17 元/Wl 功耗l 电路形式4、把握电路：太阳能LED 系统的把握电路需要具备以下四大功能：l 充放电把握功能l 路灯把握功能：时控、光控l LED 驱动l 其他关心功能。另外，还需要有以下的特别功能： 1：太阳能板、蓄电池、负载反接无忧设计。确定不用烧保险丝的方法来保护电路。2：智能电子保险丝设计 具有过流保护、过温保护特有功能。3：大过流率TVS 雷击保护以上三项保护措施，可以使产品更牢靠。具体技术数据有：l 12V, 24Vl 防蓄电池反接

6、l 防太阳能板反接l 防负载反接l 蓄电池过充保护l 蓄电池过放保护l LED 灯恒流驱动l 负载短路保护l 智能充电算法l 温度补偿(选件)l 系统状态指示l 内置微把握器l 路灯把握时控(4-10 小时，0：无定时)，光控三、实现1、类似产品资料收集，市场分析；2、产品分析，原理分析；3、电路设计；4、试验；5、BOM 表，询价，试生产二、工程研制分析太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱、光强受到大气层厚度(即大气质量)、地理位置、所在地的气候和气象、地形地物等的影响,其能量在一日、一月和一年内都有很大的变化,甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差异。太阳能电池方阵的光电转换效率,受

7、到电池本身的温度、太阳光强和蓄电池电压浮动的影响,而这三者在一天内都会发生变化,所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量。蓄电池组也是工作在浮充电状态下的,其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化.蓄电池供给的能量还受环境温度的影响。太阳能电池充放电把握器由电子元器件制造而成 ,它本身也需要耗能,而使用的元器件的性能、质量等也关系到耗能的大小,从而影响到充电的效率等。 负载的用电状况,也视用途而定,如通信中继站、无人气象站等,有固定的设备耗电量.而有些设备如灯塔、航标灯、民用照明及生活用电等设备,用电量是经常有变化的。因此,太阳能电源系统的设计,需要考虑的因素多而简洁.特点是:所用的数据大多

8、为以前统计的数据,各统计数据的测量以及数据的选择是重要的。设计者的任务是:在太阳能电池方阵所处的环境条件下(即现场的地理位置、太阳辐射能、气候、气象、地形和地物等),设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要讲究经济效益,又要保证系统的高牢靠性。某特定地点的太阳辐射能量数据,以气象台供给的资料为依据,供设计太阳能电池方阵用.这些气象数据需取积存几年甚至几十年的平均值。地球上各地区受太阳光照耀及辐射能变化的周期为一天 24h.处在某一地区的太阳能电池方阵的发电量也有 24h 的周期性的变化,其规律与太阳照在该地区辐射的变化规律一样.但是天气的变化将影响方阵的发电量.假设有几天连续阴雨天,方阵就几乎

9、不能发电,只能靠蓄电池来供电,而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好.设计者多数以气象台供给的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据.由于一个地区各年的数据不一样,为牢靠起见应取近十年内的最小数据.依据负载的耗电状况,在日照和无日照时,均需用蓄电池供电.气象台供给的太阳能总辐射量或总日照时数对打算蓄电池的容量大小是不行缺少的数据。对太阳能电池方阵而言,负载应包括系统中全部耗电装置(除用电器外还有蓄电池及线路、把握器等)的耗量。方阵的输出功率与组件串并联的数量有关,串联是为了获得所需要的工作电压,并联是为了获得所需要的工作电流,适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能

10、电池方阵。一、蓄电池组容量设计1.1 蓄电池种类后备式蓄电池通常用在UPS 系统中，他不适合长期充放电，但是，他可以极大程度的极限放电，比方 UPS 在短电后，为了保持输出供给，在全速维持着系统运转，他确定不允许蓄电池中途没电了或者放不光，否则柴油引擎等还没有来得及启动可能电力就中断了，这种事对于数据中心等场合，造成的后果可能是整个国家甚至全世界的网络瘫痪。而动力型蓄电池，比方电动车的就是，适合经常充电和放电，而且拥有比较强的放电力气，持续大电流放电的性能的启动型蓄电池就是通常见的那些，比方汽车等，他低温性能会比较好，可以在瞬间释放大量的电流，这样启动引擎，但启动几下就要等一会让他恢复过来，

11、不然就没电了。事实上，除了这 3 类外，还有其他很多呢，比方通讯专用蓄电池， 缓冲蓄电池等。1.2 蓄电池组容量设计太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池.与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下,其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化 . 它的容量比负载所需的电量大得多.蓄电池供给的能量还受环境温度的影响 .为了与太阳能电池匹配,要求蓄电池工作寿命长且维护简洁。1. 蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多,目前广泛承受的有铅酸免维护蓄电池、一般铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种.国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池,由于其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点 ,很适

12、合用于性能牢靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站.一般铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大,所以主要适于有维护力气或低档场合使用 .碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能,但由于其价格较高,仅适用于较为特别的场合。2. 蓄电池组容量的计算蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的 .在一年内,方阵发电量各月份有很大差异.方阵的发电量在不能满足用电需要的月份 ,要靠蓄电池的电能给以补足;在超过用电需要的月份,是靠蓄电池将多余的电能储存起来.所以方阵发电量的缺乏和过剩值,是确定蓄电池容量的依据之一.同样,连续阴雨天期间的负载用电也必需从蓄电池取得.所以,这期间的耗电量也是确定蓄电池容

13、量的因素之一。因此,蓄电池的容量BC 计算公式为:BC=AQLNLTO/CC Ah1公式中:A 为安全系数,取 1.11.4 之间;QL 为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数; NL 为最长连续阴雨天数;TO 为温度修正系数,一般在 0以上取 1,-10以上取 1.1,-10以下取1.2;CC 为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取 0.75,碱性镍镉蓄电池取 0.85。二、太阳能电池2.1、原理太阳能是各种可再生能源中最重要的根本能源，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进展光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。光伏

14、电池的工作原理(见图形)当光线照耀太阳电池外表时，一局部光子被硅材料吸取，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N 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确定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。光伏发电系统的构成：一套根本的太阳能发电系统是由太阳电池板、把握器、逆变器和蓄电池构成。光伏发电系统的类型：光伏发电系统的两大分类：并网发电和独立发电并网发电系统(见图形)太阳能电池方阵发出的电经过并网逆变器将电能直接输送到沟通电网上，或将太阳能所发出的电经过并网逆变器直接为沟通负载供电。独立发电系统(见图形

15、)独立发电系统，太阳能电池方阵发出的电经蓄电池充电并经过逆变器直流转换成沟通电。2.2 太阳能电池材料多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动把握、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息根底材料。被称为“微电子大厦的基石”。在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲， 要使太阳能发电具有较大的市场，被宽阔的消费者承受，就必需提高太阳电池的光电转换效率，降低生产本钱。从目前国际太阳电池的进展过程可以看出其进展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜。从工业化进展来看，重心已由单晶向多晶方向进展，主要缘由为；1可供给太阳电池的

16、头尾料愈来愈少；2 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；3多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期50 小时可生产 200 公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸到达厘米级；4由于近十年单晶硅工艺的争辩与进展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀放射结、背外表场、腐蚀绒面、外表和体钝化、细金属栅电极，承受丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50 微米，高度到达15 微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，承受该工艺在 100 平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过 14。

17、据报道，目前在5060 微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过 16。利用机械刻槽、丝网印刷技术在 100 平方厘米多晶上效率超过 17，无机械刻槽在同样面积上效率到达 16，承受埋栅构造，机械刻槽在 130 平方厘米的多晶上电池效率到达 15.8。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是本钱较高。单晶硅电池早在 20 多年前就已突破光电转换效率 20%以上的技术关口。多晶硅电池本钱低，转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属被认为是造成多晶硅电池光电转换率始终无法突破 20%的关口。德国弗劳恩霍夫协会科研

18、人员承受技术，在世界上领先使多晶硅太阳能电池的光电转换率到达 20.3%。从固体物理学上讲，硅材料并不是最抱负的光伏材料，这主要是由于硅是间接能带半导体材料，其光吸取系数较低，所以争辩其他光伏材料成为一种趋势。其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)被生疏是两种格外有前途的光伏材料， 而且目前已经取得确定的进展，但是距离大规模生产，并与晶体硅太阳电池抗衡需要大量的工作去做。2.3 、太阳能电池设计1. 太阳能电池组件串联数Ns太阳能电池组件按确定数目串联起来,就可获得所需要的工作电压,但是，太阳能电池组件的串联数必需适当。1串联数太少, 串联电压低于蓄电池浮充电压,方阵就不能对蓄电池

19、充电。2假设串联数太多使输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当太阳能电池组件的串联电压等于适宜的浮充电压时,才能到达最正确的充电状态。计算方法如下:Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+Uc)/Uoc2(2)式中:UR 为太阳能电池方阵输出最小电压; Uoc 为太阳能电池组件的最正确工作电压; Uf 为蓄电池浮充电压;UD 为二极管压降,一般取 0.7V;UC 为其它因数引起的压降。电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关,应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数。2. 太阳能电池组件并联数Np在确定NP 之前,我们先确定其相关量的计算方法。(1) 将

20、太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量 Ht, 转换成在标准光强下的平均日辐射时数H:H=Ht2.778/10000 h3式中:2.778/10000(hm2/kJ)为将日辐射量换算为标准光强(1000W/m2)下的平均日辐射时数的系数。(2) 太阳能电池组件日发电量Qp：Qp=IocHKopCz Ah4式中:Ioc 为太阳能电池组件最正确工作电流;Kop 为斜面修正系数;Cz 为修正系数,主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失,一般取 0.8。(3) 两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw, 此数据为本设计之独特之处,主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来 ,需补充的蓄电池容

21、量 Bcb 为:Bcb=AQLNL Ah5(4) 太阳能电池组件并联数Np 的计算方法为:Np=(Bcb+NwQL)/(QpNw)6 公式(6)的表达意为: 并联的太阳能电池组组数,在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量,不仅供负载使用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。3. 太阳能电池方阵的功率计算依据太阳能电池组件的串并联数,即可得出所需太阳能电池方阵的功率P:P=PoNsNp W(7)式中:Po 为太阳能电池组件的额定功率。本次设计光源电压 12V，功率为 21W，每天工作 6h，最长连续阴雨天为 3d， 两最长连续阴雨天最短间隔天数为 15d，太阳能电池承受云南半导体器

22、件厂生产的 WBG40P型组件, 组件标准功率为 40W, 工作电压 17.2V, 工作电流 2.32A,蓄电池承受铅酸免维护蓄电池, 浮充电压为(1442)V. 其水平面太阳辐射数据参照表, 成都地区其水平面的年平均日辐射量为 10392(kJ/m2), Kop 值为0.7553,计算太阳能电池方阵功率及蓄电池容量。1. 蓄电池容量Bc： Bc=AQLNLTo/CC=1.2(21/12)631/0.7550Ah2. 太阳能电池方阵功率P:太阳能电池组件串联数Ns： Ns=UR/Uoc=(Uf+UD+UC)/Uoc=(14+0.7+)/17.1=0.881太阳能电池组件日发电量Qp: Qp=I

23、ocHKopCz=2.3210392(2.778/10000)0.75530.84.05Ah需补充的蓄电池容量Bcb:Bcb=AQLNL=1.221/1263=37.8Ah， 其中QL=(21/12)6=10.5Ah太阳能电池组件并联数Np： Np=(Bcb+NwQL)/(QpNw)=(37.8+1510.5)/(4.0515)3 故太阳能电池方阵功率为:P=PoNsNp=4013=120W3. 计算结果该地面卫星接收站需太阳能电池方阵功率为 120W,蓄电池容量为 50Ah上述设计所需： 50Ah 蓄电池：NS1，NP=3, 功能为 120W 太阳能电池：序号器件名称产品型数量单价元金额小计

24、号元1太阳能板WBG*(P)120W30 元/W36002免费维护铅50Ah640560酸电池三、LED 灯灯头局部承受 1W 的白光LED 灯，以 3 个一串，共并联 7 组，共 27 颗,分布在散热板上作为平面光源序号器件名称产品型号数量单价元金额小计元1大功率LED1W21142942LED 透镜213633散热片11002501002504路灯灯DD101200200头5其它器件1010总计667817 元四、把握电路把握电路分为两大局部，即：太阳能充放电把握器和LED 灯供电电路。太阳能充放电把握器的主要作用是保护蓄电池，根本功能必需具备过充、过防保护，防反接等。而LED 灯供电电路则需要具有光控、时控功能。蓄电池过充、过放保护电压一般参数如表 1，当蓄电池电压到达设定值后就转变电路状态。表 1 蓄电池充放电保护标称电压防过充电压防过放电压6V7.2+-0.1V5.5+-0.1V12V14.4+-0.210.8+-0.2V24V28.6+-0.1V22V选用器件上，有用比较器，也有用单片机的，具体依状况而定。序器件名称产品型数量单价元金额小计号号元1把握器12V21W1100100五 路灯组件路灯灯杆高 6M，厚度为 5MM序器件名称产品型数量单价元金额小计号号元16M 灯杆1800-1000800-10002蓄电池箱11001003线缆15 米3030