led光伏太陽(yáng)能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)</p><p>　　題目： LED光伏太陽(yáng)能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　院（系）： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電氣091 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 6月18日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一種具有時(shí)控和光控相結(jié)合的太陽(yáng)能路燈控制器，利用單片機(jī)STC89C51和時(shí)鐘芯片DS1302控制路燈照明時(shí)間，利用低功耗的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24C0

3、2存儲(chǔ)路燈點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間，利用光敏電阻實(shí)現(xiàn)光電控制。傍晚光線暗時(shí)控制器自動(dòng)接通路燈電源，深夜行人少時(shí)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間熄滅路燈，早上再自動(dòng)接通電源點(diǎn)亮路燈、天亮后自動(dòng)關(guān)斷。文中詳細(xì)分析了控制器的電路組成和工作原理，簡(jiǎn)述了控制器的調(diào)試過(guò)程。</p><p>　　太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的控制器是整個(gè)路燈系統(tǒng)中充當(dāng)管理者的關(guān)鍵部件，它的最大功能是對(duì)蓄電池進(jìn)行全面的管理，防過(guò)充電控制，防過(guò)放電控制。過(guò)充控制，就是在蓄電池處于過(guò)充狀態(tài)

4、時(shí)斷開(kāi)充電電路，過(guò)放控制電路就是在蓄電池處于過(guò)放狀態(tài)時(shí)斷開(kāi)放電電路。過(guò)充、過(guò)放控制都是為了保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。</p><p>　　太陽(yáng)能路燈由太陽(yáng)能電池、蓄電池、高亮度LED, 控制器等部件組成，減少噪聲污染：太陽(yáng)能路燈運(yùn)動(dòng)部件很少，基本沒(méi)有噪聲。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池；LED；鉛酸蓄電池；時(shí)控、光控電路；充放電控制器</p><p&g

5、t;<b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper designed a solar street lamp controller with time control and light control combination, controling street lamp lighting time by using STC89C51 MCU and clo

6、ck chip DS1302 ,using low power data storage to storage the time of lighting lamps and extinguished lamps,achieving photoelectric control by Photoresistor .In the evening when the light is dim street lamp controller auto

7、matically switch on the power, when the late night pedestrian less according to set time extinguished lamp, mornin</p><p>　　Controller of solar street lighting system is a key component of the street lamp ma

8、nagement system , it's biggest function is to manage the storage battery, prevent charging control, prevent excessive discharge control. Charge control, is in the battery is charging state is disconnected from the ch

9、arging circuit, a control circuit is to disconnect discharging circuit when the storage battery is in the overdischarge state , prolong the service life of the battery. </p><p>　　Solar street lamp is compose

10、d of a solar battery, battery, high brightness LED, and other components, reducing noise pollution: solar street lamp has few moving parts, no noise. </p><p>　　Key words: solar battery; LED; lead-acid batte

11、ries; when the control; light control circuit; charge-discharge controller</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 太陽(yáng)能照明的優(yōu)點(diǎn)1</p>&

12、lt;p>　　1.2 太陽(yáng)能照明發(fā)展的趨勢(shì)2</p><p>　　1.3 太陽(yáng)能路燈與普通路燈比較3</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)方案論證5</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路及原則5</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　2.3 方案選擇5</p><

13、p>　　第3章 系統(tǒng)總體方案7</p><p>　　3.1 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)基本組成7</p><p>　　3.2 太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)工作原理7</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1 照明負(fù)載9</p><p>　　4.2 太陽(yáng)能電池板10</p>&

14、lt;p>　　4.2.1 太陽(yáng)能電池板組件10</p><p>　　4.2.2 太陽(yáng)能電池組件支架12</p><p>　　4.3 蓄電池14</p><p>　　4.3.1 蓄電池原理及特性14</p><p>　　4.3.2 蓄電池的種類和應(yīng)用15</p><p>　　4.3.3 鉛酸蓄電池的工作原

15、理16</p><p>　　4.3.4 蓄電池充電17</p><p>　　4.3.6 蓄電池給LED供電18</p><p>　　4.4 蓄電池和太陽(yáng)能板的選用19</p><p>　　4.5 過(guò)充、過(guò)放控制電路20</p><p>　　4.6 時(shí)鐘顯示電路結(jié)構(gòu)及工作原理21</p><

16、;p>　　4.7 存儲(chǔ)器AT24C0224</p><p>　　第5章 系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.1 控制器結(jié)構(gòu)27</p><p>　　5.2 電壓采集與電池管理27</p><p>　　5.3 負(fù)載輸出控制與檢測(cè)電路28</p><p>　　5.4 電源電路設(shè)計(jì)31</p&

17、gt;<p>　　5.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)31</p><p><b>　　第6章 結(jié)論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　附錄Ⅰ39</b

18、></p><p><b>　　附錄Ⅱ45</b></p><p><b>　　附錄Ⅲ56</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　太陽(yáng)能照明的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　無(wú)論

19、是現(xiàn)在還是將來(lái)，太陽(yáng)能都擁有廣闊的市場(chǎng)前景。潛力無(wú)限的太陽(yáng)能是一種清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源。同時(shí)，使用太陽(yáng)能也是一個(gè)明智的財(cái)務(wù)選擇。如果使用太陽(yáng)能電池板為您的住宅供電，在收到每個(gè)月的電費(fèi)單時(shí)，您就能體會(huì)到這一點(diǎn)。另外，太陽(yáng)能是環(huán)保的選擇，如果您知道使用太陽(yáng)能將為您的孩子留下一個(gè)更環(huán)保的美好世界，您一定會(huì)感到自豪。</p><p>　　如今，全球的光伏 (Photovoltaic， PV) 太陽(yáng)能供不應(yīng)求，

20、是增長(zhǎng)最快的可再生能源之一。隨著制造工藝的高效化，光伏系統(tǒng)的成本將繼續(xù)下降。如今，光伏系統(tǒng)的價(jià)格已經(jīng)是20年前的1/25。即使是商業(yè)電力公司，也正在尋求通過(guò)利用太陽(yáng)能來(lái)構(gòu)建更為穩(wěn)定的成本結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，太陽(yáng)能在北方的氣候條件下更為有效。在加利福尼亞州，電費(fèi)每年上漲6.7%。太陽(yáng)能則可以用來(lái)預(yù)防未來(lái)電費(fèi)的居高不下。在許多國(guó)家，您可以將富余電力賣給電力公司，沖抵您的電費(fèi)。與高成本的化石燃料污染和全球溫室效應(yīng)相比，太陽(yáng)能不僅使用范圍廣，而

21、且更經(jīng)濟(jì)。在近期的民意調(diào)查中，當(dāng)受訪對(duì)象被問(wèn)及哪類能源最適合子孫后代時(shí)，太陽(yáng)能的得分高出所有其它能源。光伏系統(tǒng)在提供電力的同時(shí)，不會(huì)排放二氧化碳 (CO2)。一塊光伏組件在 25 年的有效使用期內(nèi)，可減少約 7.5 噸的碳排放量。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)的照明用電將大幅度提高，綠色節(jié)能照明的研究應(yīng)用，將越來(lái)越受到重視。太陽(yáng)能LED照明燈具作為冷光源產(chǎn)品，具有性價(jià)比較高、綠色環(huán)保、安全可靠、質(zhì)量穩(wěn)定

22、、使用壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于綠地照明、公路照明、廣告燈箱照明、城市造型景觀照明及家居照明系統(tǒng)，但太陽(yáng)能LED照明燈具一次性投入較高是其發(fā)展的瓶頸。</p><p>　　目前，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20%左右，降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)界已研究開(kāi)發(fā)出多種節(jié)能照明器具，并取得了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還較遠(yuǎn)，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢(shì)

23、在必行。 </p><p>　　到2006年底，我國(guó)可再生能源利用量總計(jì)為2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤(不包括傳統(tǒng)方式利用生物質(zhì)能)，約占0.5個(gè)百分點(diǎn)，為2010年實(shí)現(xiàn)可再生能源占全國(guó)一次能源消費(fèi)總量10%的目標(biāo)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。目前，我國(guó)正在從以下幾個(gè)方面來(lái)推動(dòng)光伏發(fā)電的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展：1、啟動(dòng)送電到村工程；2、在特殊工程上運(yùn)用光伏發(fā)電，如世博會(huì)、奧運(yùn)會(huì)等；3、在沙漠地區(qū)建光伏電站；4、動(dòng)員一些城市啟動(dòng)屋頂計(jì)劃；5、研究制定提

24、高光伏發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)力的電價(jià)政策(光伏產(chǎn)品90%的出口以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的缺失，都可能限制中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。一旦國(guó)外光伏產(chǎn)業(yè)政策有變或者為保護(hù)本國(guó)產(chǎn)業(yè)采取限制進(jìn)口的措施，中國(guó)近年來(lái)大量上馬的光伏項(xiàng)目將面臨困境)。</p><p>　　太陽(yáng)能照明發(fā)展的趨勢(shì)</p><p>　　太陽(yáng)的能源非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽(yáng)光所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于全球人類一年消耗的能量。可以說(shuō)太陽(yáng)能是真正取之不盡、

25、用之不竭的能源。目前，全球能源危機(jī)日益加劇，各國(guó)都在尋找新的能源，以取代即將枯竭的煤、石油、天然氣等地球上所剩無(wú)幾的不可再生能源。作為新型照明方式之一，太陽(yáng)能照明能否挑起重?fù)?dān)，在未來(lái)的照明行業(yè)中起主導(dǎo)作用？這不僅僅是照明行業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn)，也是整個(gè)社會(huì)思考和關(guān)注的焦點(diǎn)。</p><p>　　利用太陽(yáng)能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性在很多情況下要優(yōu)于常規(guī)的供電方式。太陽(yáng)能電源系統(tǒng)運(yùn)行成本低，幾乎不需要維護(hù)，不需要備件，不需要增添燃料。

26、太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)備可自動(dòng)運(yùn)行，適于在無(wú)人職守站使用。不包含任何運(yùn)轉(zhuǎn)部件，系統(tǒng)可連續(xù)工作、使用壽命超過(guò)數(shù)十年。太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的直流輸出電壓十分穩(wěn)定。無(wú)需為引接入電網(wǎng)而修路，在沒(méi)有電網(wǎng)的地方，太陽(yáng)能為靈活選取站址提供可能。除了直接的經(jīng)濟(jì)效益以外，太陽(yáng)能發(fā)電還有很多間接優(yōu)點(diǎn)。在其它一些供電系統(tǒng)，往往由于斷電而立即造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。太陽(yáng)能系統(tǒng)仍能保證穩(wěn)定可靠地工作。</p><p>　　太陽(yáng)能照明本質(zhì)上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，

27、專業(yè)領(lǐng)域稱為“硅晶片地面光伏組件”。其工作原理是通過(guò)硅晶片接收太陽(yáng)光線后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽缓髢?chǔ)存在蓄電池中，再由光感開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)天黑時(shí)能夠自動(dòng)點(diǎn)亮，天亮?xí)r又自動(dòng)熄滅。太陽(yáng)能燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種應(yīng)用產(chǎn)品，憑借其節(jié)能、環(huán)保、無(wú)需布線、自動(dòng)控制、隨時(shí)變換位置等優(yōu)點(diǎn)，在照明行業(yè)中樹(shù)立起神圣的地位。</p><p>　　因?yàn)楣杈瑑r(jià)格昂貴，最初的太陽(yáng)能僅應(yīng)用在航天事業(yè)上。在技術(shù)上稍有突破后，被美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家率

28、先嘗試運(yùn)用在高科技領(lǐng)域。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在民用方面首先應(yīng)用在照明燈具上。近幾年來(lái)，太陽(yáng)能燈具產(chǎn)品由于環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能草坪燈和太陽(yáng)能裝飾燈等應(yīng)用逐漸形成規(guī)模。</p><p>　　大量試驗(yàn)表明，太陽(yáng)能燈具和普通燈具對(duì)比分析后得出：在滿足同樣照明要求的條件下，兩種不同的供電方式，太陽(yáng)能燈成本比普通燈具要高；如果將投入工程的施工費(fèi)用計(jì)入整個(gè)工程，則兩種燈具在初始投資時(shí)造價(jià)相當(dāng)。工

29、程越大，普通燈具的工程施工費(fèi)用越高，其初始投入大于太陽(yáng)能燈具。使用時(shí)間越長(zhǎng)，越能彰顯太陽(yáng)能燈具的實(shí)惠。如果把人力、物力計(jì)算在內(nèi)，普通燈具的輔助費(fèi)用與維護(hù)費(fèi)用都將比預(yù)算的高。在后續(xù)的使用費(fèi)用上（電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)用等），太陽(yáng)能燈具的優(yōu)勢(shì)更明顯。“如果在全國(guó)推廣使用3億只太陽(yáng)能燈，其節(jié)能效果相當(dāng)于新建一個(gè)三峽工程”，中山市百特照明科技有限公司朱建平經(jīng)理介紹。</p><p>　　據(jù)了解，太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)已被越來(lái)越多的人所接受。

30、作為太陽(yáng)能應(yīng)用的系列產(chǎn)品之一，太陽(yáng)能燈具一直是各方研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。在已有技術(shù)基礎(chǔ)上，技術(shù)人員與廠商集思廣益，在諸多方面取得了突破性進(jìn)展，為太陽(yáng)能燈最終走向千家萬(wàn)戶打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。專家預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能照明在未來(lái)十年后將會(huì)普及，成為未來(lái)照明行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　太陽(yáng)能路燈與普通路燈比較</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽(yáng)能逐漸被開(kāi)發(fā)利用，并已成為最有發(fā)展前景的環(huán)保能源

31、之一，太陽(yáng)能照明就是利用太陽(yáng)能最重要的途徑。太陽(yáng)能照明路燈采用高效單晶硅太陽(yáng)能電池供電，采用免維護(hù)密封型蓄電池貯存電能，用高效節(jié)能燈照明，并采用先進(jìn)的充放電和照明控制電路，具有性質(zhì)可靠、發(fā)光效率高、亮度大、安裝方便、無(wú)需鋪設(shè)電纜電線，無(wú)需交流電能和電費(fèi)，采用直流供電，光敏控制、安全可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，實(shí)用)壽命長(zhǎng)，是未來(lái)戶外照明的發(fā)展方向和照明燈具中的一枝新秀。</p><p>　　市電照明燈具安裝復(fù)雜：在市

32、電照明燈具工程中有復(fù)雜的作業(yè)程序，首先要鋪設(shè)電纜，這里就要進(jìn)行電纜溝的開(kāi)挖、鋪設(shè)暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。然后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的安裝調(diào)試，如任何一條線路有問(wèn)題，則要大面積返工。而且地勢(shì)和線路要求復(fù)雜、人工和輔助材料成本高昂。對(duì)比而言，太陽(yáng)能照明綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開(kāi)發(fā)和推廣增加新的賣點(diǎn)。綜上對(duì)比所述，太陽(yáng)能照明之安全無(wú)隱患、節(jié)能無(wú)消耗、綠色環(huán)保、安裝簡(jiǎn)便、自動(dòng)控制免維護(hù)等固有的特性將為樓盤(pán)的銷售、市政工程的建設(shè)直接帶來(lái)明顯可

33、利用的優(yōu)勢(shì)。太陽(yáng)能照明燈具有體積小，重量輕，低能耗，高光強(qiáng)，防雷擊，無(wú)須其它電源，安全可靠，安裝、維護(hù)方便等特點(diǎn)。太陽(yáng)能照明燈可廣泛應(yīng)用于：家庭別墅、單位花園、公園綠地、環(huán)保小區(qū)、房前路邊等戶外場(chǎng)所的照明。</p><p>　　一盞普通的路燈以400W光源、日工作10小時(shí)計(jì)，1年平均耗電量是1460度電，還需要專人維護(hù)、更換燈泡；而太陽(yáng)能路燈一般采用壽命長(zhǎng)達(dá)50000小時(shí)以上的LED燈作為光源，日常無(wú)需增加消耗電

34、量的費(fèi)用開(kāi)支。換個(gè)角度說(shuō)，每裝一盞太陽(yáng)能路燈，每年就可節(jié)省1460度電，十年可節(jié)省14600度。</p><p>　　1、太陽(yáng)能路燈的造價(jià)其實(shí)不高，因其使用壽命長(zhǎng)，比普通路燈更劃算</p><p>　　太陽(yáng)能路燈其實(shí)并不貴。在很多人眼里，路燈的成本不過(guò)是一根桿，一只燈泡。但是，事實(shí)上根本不是這樣子，一盞普通路燈除了這些成本，還有預(yù)埋地下的電纜申請(qǐng)和施工過(guò)程的費(fèi)用，還可能影響、破壞周圍植被和

35、景觀，日常需要專人定時(shí)維護(hù)、更換燈泡，同時(shí)每隔大約1Km要建一個(gè)升壓站（防止輸電線路過(guò)長(zhǎng)，電壓降低過(guò)大，影響燈光亮度），分?jǐn)傁聛?lái)的成本每盞大約在3萬(wàn)元左右，目前市政道路路燈的招標(biāo)價(jià)格每盞一般也在2～3.5萬(wàn)元之間。</p><p>　　而太陽(yáng)能路燈的最大成本就是太陽(yáng)能電池板，無(wú)需預(yù)埋輸電電纜及相關(guān)工程費(fèi)用，一盞8～12米的太陽(yáng)能路燈的造價(jià)一般在1.8～3.5萬(wàn)元之間。這些太陽(yáng)能路燈一般使用的光源是長(zhǎng)壽命的LED燈

36、或低壓鈉燈，使用的電壓都是絕對(duì)安全的直流低電壓，采用光控、時(shí)控、全自動(dòng)、無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，故障率極低，整體路燈使用壽命要長(zhǎng)達(dá)15年。此外，路燈與路燈之間彼此獨(dú)立工作、互不干擾，可根據(jù)實(shí)際情況將某段時(shí)間設(shè)計(jì)成節(jié)能照明狀態(tài)，從而有效降低造價(jià)。只要設(shè)計(jì)合理，實(shí)際比普通路燈更劃算。</p><p>　　2、偷盜難，也不劃算，太陽(yáng)能路燈燈桿都在8米高以上，偷盜電線不合算</p><p>　　近年來(lái)，由

37、于銅以及其他金屬價(jià)格的上漲，偷盜路燈電纜成為一大治安問(wèn)題。很多人擔(dān)心太陽(yáng)能路燈采用的都是高新技術(shù)的材料，一旦被盜的損失會(huì)更高，持這種觀點(diǎn)的人不少，不僅僅有一些政府官員，連一些能源研究專家也認(rèn)為這確實(shí)是一個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　3、大陽(yáng)能路燈的造價(jià)其實(shí)不高，因其使用壽命長(zhǎng)，比普通路燈更劃算</p><p>　?。?）不受地理位置限制、無(wú)需消耗燃料，無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，建設(shè)周期短，規(guī)模大小隨

38、意；</p><p>　?。?）安全可靠、無(wú)污染、無(wú)噪聲、環(huán)保美觀、故障率極低、壽命長(zhǎng)；</p><p>　　（3）拆裝簡(jiǎn)易、移動(dòng)方便、工程安裝成本低，無(wú)需預(yù)埋架高輸電線路，可免去遠(yuǎn)距離敷設(shè)電纜時(shí)對(duì)植被和環(huán)境的破壞及其所需的工程費(fèi)用；</p><p>　　4、廣泛應(yīng)用于道路照明上，非常適用于鄉(xiāng)村、農(nóng)場(chǎng)、山頭、海島、高速公路等輸電不便的偏僻地方。</p>

39、<p><b>　　設(shè)計(jì)方案論證</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路及原則</b></p><p>　　設(shè)計(jì)思路：太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽(yáng)能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。</p><p>　　首先是根據(jù)用電負(fù)載（LED光源）的用電量，確定太陽(yáng)能組件，然后確定蓄電池的容量，再進(jìn)行電

40、氣設(shè)計(jì)、光源設(shè)計(jì)和設(shè)備選型，最后進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中要確保太陽(yáng)能LED路燈運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　設(shè)計(jì)的原則：對(duì)于照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般我們需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題： </p><p>　　1、從功能上,道路照明系統(tǒng)的主要功能是保證交通安全，提高交通運(yùn)輸效率、保障人身安全、提供舒適環(huán)境、提升工廠形象。</p><p>　　2、在滿足道路照明各項(xiàng)功能需

41、要的基礎(chǔ)上，提高道路照明系統(tǒng)的能效，降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約能源，減少污染，以達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。</p><p>　　3、另外還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓赓Y源情況。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、電池板功率的計(jì)算和選用；</p><p>　　2、蓄電池容量、充放電控制和充放電狀態(tài)顯示；<

42、/p><p>　　3、連續(xù)陰雨天三天路燈仍能照明；</p><p>　　4、光線暗時(shí)路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，為節(jié)省電能晚上24點(diǎn)熄滅，早上5點(diǎn)路燈點(diǎn)亮，早上光線強(qiáng)時(shí)路燈自動(dòng)熄滅（開(kāi)關(guān)燈時(shí)間點(diǎn)可調(diào)）；</p><p>　　5、系統(tǒng)斷電時(shí)可以保存用戶所設(shè)定的各種參數(shù)。</p><p><b>　　方案選擇</b></p>&

43、lt;p>　　太陽(yáng)能路燈跟普通路燈控制電路功能基本一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用,還有就是對(duì)蓄電池的充電管理。國(guó)內(nèi)外常用的控制器有單獨(dú)的光控制型、時(shí)鐘控器型、經(jīng)緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　單獨(dú)的光控型一般采用感光探頭，當(dāng)晚上光線弱時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟路燈；早上光線較強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉路燈，達(dá)到自動(dòng)控制的作用。為節(jié)省電力，早期的光控開(kāi)關(guān)，使用分立半導(dǎo)體器件，電路復(fù)雜

44、，元器件較多，體積也較大，并且故障率高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了時(shí)基集成電路，如NE555等，使光控開(kāi)關(guān)電路簡(jiǎn)化。感光探頭是影響光控開(kāi)關(guān)性能的關(guān)鍵元器件，同時(shí)對(duì)它安裝位置也有一定要求，力求避免各種干擾光線，但在實(shí)際使用中，感光探頭難以判斷各種干擾光線，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。</p><p>　　采用時(shí)鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開(kāi)關(guān)時(shí)間，使路燈按時(shí)亮燈、準(zhǔn)時(shí)熄燈，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)開(kāi)關(guān)預(yù)先設(shè)定

45、的開(kāi)關(guān)時(shí)間不受外界干擾，除本身故障外不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間，需人工經(jīng)常調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于節(jié)省電力。定時(shí)開(kāi)關(guān)又分為機(jī)械鐘表型和電子鐘表型，機(jī)械鐘表型以石英鐘為主，走時(shí)精準(zhǔn)，但是由于機(jī)芯內(nèi)使用塑料齒輪在高溫下會(huì)變形，從而導(dǎo)致停機(jī)現(xiàn)象。電子鐘表型定時(shí)開(kāi)關(guān)使用的也較多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成塊為中心的電子鐘電路。近幾年還出現(xiàn)將電子鐘LED液晶顯示為一體的集成

46、塊，體積小、外圍元器</p><p>　　件少，可設(shè)六組開(kāi)關(guān)點(diǎn)，有星期功能，許多廠家大量生產(chǎn)該產(chǎn)品，現(xiàn)在大多用于路燈控制中。</p><p>　　經(jīng)緯型控制器采用單片機(jī)技術(shù)，模擬日照規(guī)律，晚上能自動(dòng)開(kāi)燈、早晨能自動(dòng)關(guān)燈。它采取光控開(kāi)關(guān)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，克服了光控開(kāi)關(guān)易受干擾的缺點(diǎn)，取鐘控器時(shí)間準(zhǔn)確之長(zhǎng)處，克服了定時(shí)開(kāi)關(guān)不會(huì)自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間之短處。目前路燈控制常采用這種控制方式，但其價(jià)格較高，在路

47、燈中使用將會(huì)增加不必要的成本。</p><p>　　路燈的智能控制這一課題己有研究者，但目前尚未有成熟的產(chǎn)品上市。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是結(jié)合以上幾種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，綜合從節(jié)電、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用等方面考慮，利用定時(shí)控制和光敏電阻控制相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案</b></p>&l

48、t;p>　　太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)基本組成 </p><p>　　照明系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分（包括支架）、LED光源、控制器、蓄電池和燈桿等幾部分構(gòu)成；太陽(yáng)能電池板的光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利；燈頭部分以LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。 </p><p>　　控制箱箱體以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和

49、充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計(jì)上兼顧了功能齊備（具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性價(jià)比。 </p><p>　　太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)工作原理</p><p>　　系統(tǒng)工作原理利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池白天太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸

50、出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低、充放電控制器偵測(cè)到電壓值變化后動(dòng)作，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)燈；天亮?xí)r自動(dòng)關(guān)燈；在蓄電池電量不足時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)負(fù)載，防止蓄電池過(guò)放電；并有短路保護(hù)、反接保護(hù)等。</p><p><b>　　圖3.1總體方案圖</b></p><p>

51、;　　太陽(yáng)能LED路燈在白天通過(guò)太陽(yáng)能電池組件采集太陽(yáng)光的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)，即向蓄電池充電，在晚上光線較暗時(shí)由蓄電池經(jīng)路燈控制處理器控制，點(diǎn)亮LED燈用于路燈照明。 </p><p>　　根據(jù)各部分電路的功能不同，整體電路可以分為以下幾個(gè)部分，太陽(yáng)能電池板組件、過(guò)充過(guò)放電控制電路、蓄電池、時(shí)控光控電路、照明負(fù)載和時(shí)間顯示電路。系統(tǒng)總體方框圖如圖3.1所示。</p><p&

52、gt;　　由太陽(yáng)能電池板通過(guò)7805穩(wěn)壓電路為單片機(jī)供電，并通過(guò)為蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電壓較低時(shí)其容量損耗得很快，使用壽命也會(huì)縮減，為延長(zhǎng)蓄電池的壽命，要防止蓄電池出現(xiàn)過(guò)充或過(guò)放，因此本電路加的有過(guò)充過(guò)放控制電路。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　照明負(fù)載</b></p><p&g

53、t;　　LED外施電壓后在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生受激電子躍遷光輻射。按照不同半導(dǎo)體基本材料的物理特性，所產(chǎn)生的光波長(zhǎng)是不同的。發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是P—N結(jié)，在半導(dǎo)體P—N結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體P—N結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。白光LED通常是在

54、發(fā)射藍(lán)光的InGaN基材上涂熒光材料，熒光材料在受到藍(lán)光激勵(lì)時(shí)會(huì)發(fā)出黃光，藍(lán)光和黃光的混合物形成白光。</p><p>　　LED 作為半導(dǎo)體光源，其發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，是太陽(yáng)能路燈最為理想的光源，LED路燈光源是一款多功能、環(huán)保節(jié)能型路燈光源，適合在各種場(chǎng)合的照明使用。有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、高光效 LED光效達(dá)50～200流明/瓦，光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可利用，且

55、無(wú)需過(guò)濾直接發(fā)出色光。</p><p>　　2、高節(jié)能 具有電壓低、電流小、亮度高的特性。一個(gè)10～12瓦的LED光源發(fā)出的光能與一個(gè)35～150瓦的白熾燈發(fā)出的光能相當(dāng)。同樣照明效果LED比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%～90%。 3、光色多 可以選擇白色或彩色光，紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、黃綠色、橙紅色等。 4、安全性高 LED光源使用低電壓驅(qū)動(dòng)， 發(fā)光穩(wěn)定，無(wú)污染，沒(méi)有50HZ頻閃，沒(méi)有紫外線B波段，

56、白色色溫5000K，最接近太陽(yáng)色溫5500K。</p><p>　　5、快速響應(yīng) LED發(fā)光管響應(yīng)時(shí)間很短。采用專用電源給LED光源供電時(shí)，達(dá)到最大照度的時(shí)間小于10ms。</p><p>　　6、運(yùn)行成本低 其他光源不僅耗電是LED光源的2-10倍，而且?guī)缀趺吭露家鼡Q，在器件更換和人工方面的花費(fèi)很大。因此選用使用壽命長(zhǎng)的LED光源從長(zhǎng)遠(yuǎn)看非常經(jīng)濟(jì)。</p><p&g

57、t;　　超高亮白光LED應(yīng)用于太陽(yáng)能燈具，單個(gè)束光型超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線方向性太強(qiáng)，綜合視覺(jué)效果較差，因此應(yīng)首選平光型超高亮LED或平光型與束光型超高亮LED組合使用，將多個(gè)LED集中于一起，排列組合成一定規(guī)則的LED發(fā)光源。超高亮白光LED發(fā)光源既要保證有一定的照射強(qiáng)度，又要使其具有較高的光效，然而電流的增大，光通量雖然增大，但是，另一方面電流的增加會(huì)引起光源熱損耗的增加，通常導(dǎo)致管溫的增加，其綜合效果是光效降低，所以把光

58、通量和光效的交合點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)，一般為17.5mA 。</p><p>　　超高亮白光LED發(fā)光源具有如下優(yōu)點(diǎn) ：</p><p>　　1、壽命長(zhǎng)。LED的壽命長(zhǎng)達(dá)100000h，而白熾燈的壽命一般不超過(guò)2000 h，熒光燈的壽命也不過(guò)5000 h左右。</p><p>　　2、效率高。相對(duì)于傳統(tǒng)的第一代照明光源白熾燈，LED的功耗只有前者的10％～20％。<

59、/p><p>　　3、綠色環(huán)保。與廣泛使用的第二代照明熒光燈相比，LED不含汞、無(wú)頻閃，是一種環(huán)保光源。</p><p>　　4、耐低溫。環(huán)境使用溫度在一40℃～80℃ ，環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)。</p><p>　　這種電路的關(guān)鍵是針對(duì)蓄電池的充放電特性設(shè)計(jì)一個(gè)比較好的電壓比較點(diǎn)，再加上發(fā)光二極管構(gòu)成的充放電狀態(tài)指示電路，便成了一個(gè)具有實(shí)用功能的智能控制器，具有防蓄電池過(guò)放

60、電、過(guò)充電功能。在太陽(yáng)輻照不足的幾個(gè)月，由于蓄電池的充電狀態(tài)通常較低，使蓄電池放電時(shí)端電壓也較低，這樣負(fù)載工作電流較小、功率小，系統(tǒng)也能夠工作更長(zhǎng)的時(shí)間。反之在太陽(yáng)輻照比較充足時(shí)，負(fù)載工作電流較大、功率大、也更亮。</p><p>　　太陽(yáng)能LED發(fā)光源：在太陽(yáng)能LED燈具中，發(fā)光源所用的LED數(shù)量，從1個(gè)到上千個(gè)不等，一定數(shù)量的LED組成一個(gè)發(fā)光源時(shí)，其排列和組合是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)。即不同的排列和組合對(duì)整體

61、的亮度都有影響。在LED排列組合上依據(jù)光學(xué)原理及數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立數(shù)學(xué)模型，最有效地發(fā)揮超高亮白光LED的發(fā)光效率，并使得單位面積LED的數(shù)量少以降低成本。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的單個(gè)高亮管的正常工作電壓3.3V，共采用28個(gè)1W高亮管，每7個(gè)高亮管串聯(lián)成一組，共四組并連在電路中，這樣也可以減少當(dāng)電路中的某一個(gè)高亮管出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)其他高亮管的影響，由于高亮管的直射效果好，所以燈具的體積要盡量小一些，這樣可以使高

62、亮管的照射范圍更大一些，高亮管盡量選用照射角度大一些的高亮管。</p><p><b>　　太陽(yáng)能電池板</b></p><p><b>　　太陽(yáng)能電池板組件</b></p><p>　　在新能源中，公認(rèn)技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽(yáng)能發(fā)電。太陽(yáng)能發(fā)電主要有太陽(yáng)能熱發(fā)電和太陽(yáng)能光發(fā)電兩種基本方式。</p>

63、<p>　　1、太陽(yáng)能熱發(fā)電：將吸收的太陽(yáng)輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，可分為兩類：一類是太陽(yáng)能熱電直接轉(zhuǎn)換，如溫差發(fā)電等，目前功率都很小，有的尚處于原理試驗(yàn)階段；另一類是太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電，是將太陽(yáng)熱能通過(guò)熱機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其基本構(gòu)成包括集熱裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱機(jī)和發(fā)電機(jī)等。有些國(guó)家正在研制較大功率的裝置，已達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用水平。由于太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)復(fù)雜，商業(yè)應(yīng)用只適合比較大的容量，因此發(fā)展不快，實(shí)際應(yīng)用不多。</p

64、><p>　　2、太陽(yáng)能光發(fā)電：不通過(guò)熱過(guò)程，直接將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換成電能的利用方式，可分為光伏發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電和光生物發(fā)電。目前應(yīng)用的光伏發(fā)電，是將照射到太陽(yáng)能電池上的光，產(chǎn)生光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成直流電能輸出，一般由太陽(yáng)能電池方陣及支架、蓄電池、控制器、逆變器等部分組成。其缺點(diǎn)：間歇性。受氣候條件影響；能量密度低；初始投資高。迄今已有100多個(gè)國(guó)家參與太陽(yáng)能光電池的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。近年來(lái)，產(chǎn)量迅速增加．生產(chǎn)成本開(kāi)

65、始下降[7]。目前,光伏發(fā)電主要用于三大方面：為無(wú)電場(chǎng)合提供電源；太陽(yáng)能日用電子產(chǎn)品。如各類太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能燈具等；并網(wǎng)發(fā)電。</p><p>　　太陽(yáng)能電池的基本特性</p><p>　　太陽(yáng)能電池陣列的伏安特性具有強(qiáng)烈的非線性。太陽(yáng)能電池陣列的額定功率是在以下條件下定義的：當(dāng)日射S=l000W／m2；太陽(yáng)能電池溫度T=25℃；大氣質(zhì)量AM=1.5時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列輸出的最大功率便定

66、義為它的額定功率。太陽(yáng)能電池陣列額定功率的單位為“峰瓦”，記以“Wp”。</p><p>　　為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。關(guān)于太陽(yáng)能電池組件最佳傾角問(wèn)題的探討，近年來(lái)在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。</p><p>　　通過(guò)Hay模型的計(jì)算，可以得到的不同傾角平面的月平均太陽(yáng)輻照量變化。在不同角度傾斜面上，太陽(yáng)輻照量差別較大，要

67、為電池板選擇合適的傾角使其能獲得最大的太陽(yáng)輻照量。</p><p>　　太陽(yáng)能電池的種類也是多樣化的，分為：</p><p>　　1、單晶硅太陽(yáng)能電池</p><p>　　單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達(dá)到24%，這是所有種類的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹(shù)脂進(jìn)行封

68、裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。</p><p>　　2、多晶硅太陽(yáng)能電池</p><p>　　多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽(yáng)能電池)。 從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便

69、，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。從性能價(jià)格比來(lái)講，單晶硅太陽(yáng)能電池還略好。</p><p>　　3、非晶硅太陽(yáng)能電池</p><p>　　非晶硅太陽(yáng)電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽(yáng)電池，它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同，工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非

70、晶硅太陽(yáng)電池存在的主要問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。</p><p>　　4、多元化合物太陽(yáng)能電池</p><p>　　多元化合物太陽(yáng)電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)電池。各國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：a)硫化鎘太陽(yáng)能電池b)砷化鎵太陽(yáng)能電池c)銅銦硒太陽(yáng)能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In,

71、 Ga)Se2薄膜太陽(yáng)能電池)。</p><p>　　Cu(In, Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽(yáng)光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能級(jí)差）多元的半導(dǎo)體材料，可以擴(kuò)大太陽(yáng)能吸收光譜范圍，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅薄膜太陽(yáng)能電池明顯提高的薄膜太陽(yáng)能電池?？梢赃_(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18%，而且，此類薄膜太陽(yáng)能電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應(yīng)（SWE），其光電轉(zhuǎn)化效

72、率比商用的薄膜太陽(yáng)能電池板提高約50~75%，在薄膜太陽(yáng)能電池中屬于世界的最高水平的光電轉(zhuǎn)化效率。</p><p>　　當(dāng)前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在90%以上,而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽(yáng)能電池的主流材料。</p><p><b>　　太陽(yáng)能電池組件支架</b></p><p><b&

73、gt;　　1、傾角設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了讓太陽(yáng)能電池組件在一年中接收到的太陽(yáng)輻射能盡可能的多，我們要為太陽(yáng)能電池組件選擇一個(gè)最佳傾角。關(guān)于太陽(yáng)能電池組件最佳傾角問(wèn)題的探討，近年來(lái)在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。本次路燈選定太陽(yáng)能電池組件支架傾角為16o。</p><p><b>　　2、抗風(fēng)設(shè)計(jì)</b></p><p>

74、　　在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題就是抗風(fēng)設(shè)計(jì)?？癸L(fēng)設(shè)計(jì)主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。下面按以上兩塊分別做分析。</p><p>　　（1）太陽(yáng)能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)</p><p>　　依據(jù)電池組件技術(shù)參數(shù)資料，太陽(yáng)能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級(jí)臺(tái)風(fēng)），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承

75、受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。</p><p>　?。?）路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)路燈的參數(shù)如下：</p><p>　　電池板傾角A = 16o            燈桿高度= 5m</p><p>　　設(shè)

76、計(jì)選取燈桿底部焊縫寬度δ = 4mm燈桿底部外徑= 168mm</p><p>　　焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W的計(jì)算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為PQ = [5000+（168+6）/tan16o]× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。根據(jù)27m/s的設(shè)計(jì)最大允許風(fēng)速，2×30W的

77、雙燈頭太陽(yáng)能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m （4-1）</p><p>　　根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩&l

78、t;/p><p>　　W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3） （4-2）</p><p>　　上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，δ是圓環(huán)寬度。</p><p><b>　　破壞面抵抗矩 </b></p><p>　　W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）</p><p>　

79、　=π×（3×842×4＋3×84×42＋43）</p><p>　　= 88768mm3 </p><p>　　=88.768×10-6m3 </p><p>　　風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力</p><p>　

80、　= M/W= 1466/（88.768×10-6）=16.5×10-6pa =16.5 Mpa＜＜215Mpa</p><p>　　其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。</p><p>　　所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒(méi)有問(wèn)題的。</p><p><b>　　蓄電池</b>&l

81、t;/p><p><b>　　蓄電池原理及特性</b></p><p>　　蓄電池組是太陽(yáng)能電池方陣的儲(chǔ)能裝置，其作用是將方陣在有日照時(shí)發(fā)出的多余電能儲(chǔ)存起來(lái)，在晚間或陰雨天時(shí)供負(fù)載使用。蓄電池組由若干蓄電池串并聯(lián)而成。一般容量要能在無(wú)太陽(yáng)輻射的日子里，滿足用戶要求的供電時(shí)間和供電量。目前常用的是鉛酸蓄電池，重要的場(chǎng)合也有用鎘鎳蓄電池，但價(jià)格較高，相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)用沒(méi)有前一種廣

82、泛。</p><p>　　蓄電池是一種化學(xué)電源，它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。需要時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?lái)。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是可逆的，前者稱為蓄電池充電，后者稱為蓄電池放電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的電能起著儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)作用。由于光伏系統(tǒng)的功率輸出每天都在變化，在日照不足發(fā)電很少或需要維修光伏系統(tǒng)時(shí)。蓄電池也能夠提供相對(duì)穩(wěn)定的電能。</p><p>　　在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電

83、池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，方陣給蓄電池充電；冬天日照量小，這部分儲(chǔ)存的電能逐步放出。在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)：白天方陣給蓄電池充電，晚上負(fù)載用電則全部由蓄電池供給。因此要求蓄電池的自放電要小，耐過(guò)充放，而且充放電效率要高，當(dāng)然還要考慮價(jià)格低廉，使用方便等因素。</p><p>　　蓄電池的循環(huán)壽命主要由電池工藝結(jié)構(gòu)與制造質(zhì)量所決定。但是使用過(guò)程和維護(hù)工作對(duì)蓄電池壽命也有很大影響，有時(shí)

84、是重大影響。首先，放電深度對(duì)蓄電池的循環(huán)壽命影響很大，蓄電池經(jīng)常深度放電，循環(huán)壽命將縮短。其次，同一額定容量的蓄電池經(jīng)常采用大電流充電和放電，對(duì)蓄電池壽命都產(chǎn)生影響。大電流充電，特別是過(guò)充時(shí)極板活性物質(zhì)容易脫落，嚴(yán)重時(shí)使正負(fù)極板短路；大電流放電時(shí)，產(chǎn)生的硫酸鹽顆粒大，極板活性物質(zhì)不能被充分利用，長(zhǎng)此下去電池的實(shí)際容量將逐漸減小，這樣使用壽命也會(huì)受到影響。</p><p>　　太陽(yáng)能蓄電池應(yīng)該具備以下特性：<

85、/p><p>　　1、比較好的深循環(huán)能力，有著很好的過(guò)充和過(guò)放能力。</p><p>　　2、長(zhǎng)壽命，特殊的工藝設(shè)計(jì)和膠體電解質(zhì)保證的長(zhǎng)壽命電池。</p><p>　　3、適用不同的環(huán)境要求，如高海拔，高溫，低溫等不同的條件下都能正常使用的電池。</p><p>　　太陽(yáng)能蓄電池的使用和維護(hù)：</p><p>　　1、工作

86、適宜溫度15～20℃</p><p>　　2、太陽(yáng)能蓄電池聯(lián)接的方法為：將太陽(yáng)能蓄電池的正極與正極、負(fù)極與負(fù)極聯(lián)接。這樣太陽(yáng)能蓄電池的電量就會(huì)增加一倍，而電壓與一塊太陽(yáng)能蓄電池的電壓一樣。太陽(yáng)能蓄電池兩極柱切不可短路（碰頭）。</p><p>　　3、對(duì)于新安裝或整修后第一次充電的太陽(yáng)能蓄電池，進(jìn)行一次較長(zhǎng)時(shí)間的充電，為初充電，應(yīng)按額定容量1/10的電流來(lái)進(jìn)行充電。安裝前必須測(cè)量蓄電池是否

87、充足，如電力不足，請(qǐng)?jiān)陉?yáng)光充足的地方對(duì)蓄電池進(jìn)行8—16小時(shí)以上充電或者用交流電先把電池充足，應(yīng)嚴(yán)格避免過(guò)放充電。用交流電正常充電時(shí)，最好采用分級(jí)充電方式，即在充電初期用較大電流的恒流均充，充到均充電壓并恒壓一定時(shí)間后改用常規(guī)的恒壓浮充方式。</p><p>　　4、保持蓄電池本身的清潔。安裝好的太陽(yáng)能蓄電池極柱應(yīng)涂上凡士林，防止腐蝕極柱。</p><p>　　5、為太陽(yáng)能蓄電池配置在線監(jiān)

88、測(cè)管理技術(shù)，對(duì)太陽(yáng)能蓄電池進(jìn)行內(nèi)阻在線測(cè)量與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的缺陷，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。</p><p>　　6、冬季預(yù)防太陽(yáng)能蓄電池凍裂，夏季避免陽(yáng)光直曬，應(yīng)將太陽(yáng)能蓄電池放于通風(fēng)陰冷處。</p><p><b>　　蓄電池的種類和應(yīng)用</b></p><p>　　化學(xué)電源是人類目前可以利用的高效能源之一。蓄電池也稱作二次電源，它是一種把化學(xué)反

89、應(yīng)所釋放出來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。蓄電池按照其電解液的不同，通常分為酸性電池和堿性電池。近幾十年來(lái)，由于交通。通訊。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，其產(chǎn)品系列。產(chǎn)品種類。產(chǎn)品性能發(fā)生了巨大變化，以此滿足不同用途的需要。目前，蓄電池主要應(yīng)用于各種車輛。船舶。飛機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)以及照明。蓄能。不間斷電源。移動(dòng)通訊。便攜式電動(dòng)五金|工具。電動(dòng)玩具當(dāng)中。</p><p>　　總之，蓄電池在國(guó)防。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。交通運(yùn)輸。電力

90、。電子。通訊。教學(xué)?？蒲小ａt(yī)療衛(wèi)生以及人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)用。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池。鎘鎳蓄電池。鐵鎳蓄電池。金屬氧化物蓄電池。鋅銀蓄電池。鋅鎳蓄電池。氫鎳蓄電池。鋰離子蓄電池等。</p><p><b>　　常用蓄電池介紹：</b></p><p><b>　　1、鉛酸蓄電池</b></p><p>　　鉛酸蓄電池負(fù)

91、極為鉛，正極為二氧化鉛，電解液為稀硫酸，主要有起動(dòng)型。固定型。牽引型。動(dòng)力型和便攜型，常為開(kāi)口或防酸式(GF)，少量為膠體電解液蓄電池(GEL)。近年來(lái)，，特別是VRLA(ValveRegulatedLeadAcidBattery)蓄電池的出現(xiàn)，在某些領(lǐng)域已經(jīng)能夠取代堿性蓄電池和干電池，使鉛酸蓄電池發(fā)揮更大的作用。由于鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，適于低溫高倍率放電，因此應(yīng)用廣泛，是我國(guó)的電信行業(yè)中后備電源的主要產(chǎn)品。</p>&l

92、t;p><b>　　2、鎘鎳蓄電池</b></p><p>　　鎘鎳蓄電池負(fù)極為鎘，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀水溶液。常見(jiàn)外形是方形。扣式和圓柱形，其有開(kāi)口。密封和全密封三種結(jié)構(gòu)。按極板制造方式又分有極板盒式。燒結(jié)式。壓成式和拉漿式。鎘鎳蓄電池具有放電倍率高。低溫性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。</p><p>　　3、金屬氫化物鎳蓄電池</p>&

93、lt;p>　　金屬氫化物鎳蓄電池是新開(kāi)發(fā)出來(lái)的新產(chǎn)品，負(fù)極為吸氫稀土合金，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀。氫氧化鋰水溶液，比能量是鎘鎳蓄電池1.5-2倍，具有可快速充電。優(yōu)良的高倍率放電性能和低溫放電性能，價(jià)格便宜，無(wú)污染，被稱為綠色環(huán)保電池。</p><p><b>　　4、鐵鎳蓄電池</b></p><p>　　鐵鎳蓄電池負(fù)極為鐵粉，正極為氧化鎳，電解液為氫

94、氧化鉀或氫氧化鈉水溶液。具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。耐用。壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，比能量較低，多用于礦井運(yùn)輸車動(dòng)力電源。</p><p><b>　　5、鋅銀蓄電池</b></p><p>　　鋅銀蓄電池負(fù)極為鋅，正極為氧化銀，電解液為氫氧化鉀水溶液，具有較高的比能量及優(yōu)良的高倍率放電性能，但價(jià)格偏高，多用于軍事工業(yè)及武器系統(tǒng)。</p><p><b>　　

95、6、鋅鎳蓄電池</b></p><p>　　鋅鎳蓄電池負(fù)極為鋅，正極為氧化鎳，電解液為氫氧化鉀水溶液，具有高比能量，價(jià)格較低；但壽命較短，近年來(lái)鋅鎳蓄電池的循環(huán)壽命有了較大提高，預(yù)計(jì)隨著循環(huán)壽命的提高將獲得更廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　7、鋰離子蓄電池</b></p><p>　　鋰離子蓄電池負(fù)極是碳(石墨)，正極是氧化

96、鈷鋰，由于采用有機(jī)電解質(zhì)液，具有電壓高。比能量高及優(yōu)良的循環(huán)壽命，安全無(wú)污染，被稱為綠色電源。常作為通訊工具和便攜器材的電源。</p><p>　　總之，我國(guó)的蓄電池工業(yè)隨著各行各業(yè)的發(fā)展獲得了迅速發(fā)展機(jī)會(huì)。至今目前，我國(guó)從事蓄電池生產(chǎn)的企業(yè)已達(dá)千家之多。同時(shí)，免維護(hù)。閥控密封式鉛酸蓄電池。金屬氧化物物鎳蓄電池。鋰離子蓄電池等新型蓄電池也各有側(cè)重的應(yīng)用于各行各業(yè)中。</p><p>　　鉛

97、酸蓄電池的工作原理</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)太陽(yáng)能路燈采用的是鉛酸蓄電池，所以這里只對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行分析。鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下：</p><p><b>　　1、充電：</b></p><p>　　蓄電池從其他直流電源獲得電能叫做充電。充電時(shí)，在正、負(fù)極板上的硫酸鉛會(huì)被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，同時(shí)在負(fù)極板上產(chǎn)生氫

98、氣，正極板產(chǎn)生氧氣。電解液中酸的濃度逐漸增加，電池兩端的電壓上升。當(dāng)正、負(fù)極板上的硫酸鉛都被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，充電就結(jié)束了。 </p><p>　　在充電時(shí)，在正、負(fù)極板上生成的氧和氫會(huì)在電池內(nèi)部“氧合”成水回到電解液中。</p><p>　　化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下： </p><p>　　（正極） （電解液） （負(fù)極） （正極） （電解液） （負(fù)極）&

99、lt;/p><p>　　PbSO4  + 2H2O  +  PbSO4  → PbO2  + 2H2SO4  +  Pb （充電反應(yīng)） </p><p><b>　　2、放電</b></p><p>　　蓄電池對(duì)外電路輸出電能時(shí)叫做放電。蓄電池連接外部電路放

100、電時(shí)， 硫酸會(huì)與正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成化合物“硫酸鉛”，放電時(shí)間越長(zhǎng)，硫酸濃度越稀薄，電池里的“液體”越少，電池兩端的電壓就越低。</p><p>　　化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下： </p><p>　?。ㄕ龢O）  （電解液） （負(fù)極） （正極） （電解液） （負(fù)極） </p><p>　　PbO2  + 2H2SO4  

101、;+  Pb → PbSO4  + 2H2O + PbSO4  （放電反應(yīng)） </p><p>　　從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)”。在蓄電池剛放電結(jié)束時(shí)，正、負(fù)極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的硫酸鉛是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細(xì)密的結(jié)晶物，活

102、性程度非常高。在蓄電池充電過(guò)程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會(huì)重新還原成二氧化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)存電能和釋放電能的功能。</p><p><b>　　蓄電池充電</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境太陽(yáng)光線充足時(shí)，控制器就會(huì)進(jìn)入充電模式。蓄電池充電主要有兩個(gè)比較重要的電壓值

103、：深度放電電壓和浮充電電壓。前者代表蓄電池充電的最高電壓，這些參數(shù)可從蓄電池產(chǎn)品手冊(cè)上查到。在電路設(shè)計(jì)中針對(duì)24V蓄電池，分別設(shè)置深度放電電壓為11V和浮充電電壓為13.8V。具體充電模式見(jiàn)表4.1所示。</p><p>　　表4.1蓄電池充電模式</p><p>　　從表4.1可以看出恒流充電模式會(huì)用到MPPT算法，MPPT算法有很多種方式可以實(shí)現(xiàn)，總的來(lái)說(shuō)各有優(yōu)劣，設(shè)計(jì)中采用相對(duì)簡(jiǎn)單的

104、擾動(dòng)觀察法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法是通過(guò)增大或者減少充電電路開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM占空比，然后觀察輸出功率是變大還是變小，由此來(lái)決定下一步是增大還是減小占空比。由于太陽(yáng)能電池的輸出變化相對(duì)比較緩慢，而且是單級(jí)點(diǎn)，所以采用這種方式可收到比較好的效果。</p><p><b>　　蓄電池給LED供電</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境太陽(yáng)光線不足時(shí)，就會(huì)進(jìn)入蓄電池給LED供電模

105、式。LED電流通過(guò)高位電流檢測(cè)芯片（TSC101AILT）采樣送回MCU，有MCU通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)信號(hào)PWM的占空比來(lái)獲得恒定輸出電流。為了達(dá)到節(jié)能的目的，LED的恒定電流值會(huì)根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)的環(huán)境光強(qiáng)度來(lái)調(diào)整。當(dāng)環(huán)境光由暗變亮?xí)r，系統(tǒng)的輸出電流也會(huì)相應(yīng)從小變大；當(dāng)環(huán)境光照完全暗下來(lái)時(shí)，系統(tǒng)的輸出電流也達(dá)到預(yù)設(shè)的最大值。除了由環(huán)境光照控制LED的光輸出，用戶還可以通過(guò)設(shè)定開(kāi)光DIP1～DIP4的狀態(tài)來(lái)設(shè)置LED燈的開(kāi)啟時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)DIP1～

106、DIP4的設(shè)定組合來(lái)控制LED路燈工作在5min～12h的時(shí)間范圍內(nèi)。</p><p>　　此外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在電路設(shè)計(jì)中設(shè)置了針對(duì)太陽(yáng)能電池組件，蓄電池和LED等一系列軟硬件的保護(hù)功能。</p><p>　　蓄電池和太陽(yáng)能板的選用</p><p>　　太陽(yáng)能電池板分為單晶硅和多晶硅兩種，多晶面積較大，發(fā)電效率沒(méi)有單晶高，因此根據(jù)需要本設(shè)計(jì)采用單晶硅太陽(yáng)能

107、電池組件。</p><p>　　本電路采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，不需專門的維護(hù)；即便傾倒電解液也不會(huì)溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧；安全性能更好。但是對(duì)蓄電池的過(guò)充電更為敏感，因此對(duì)過(guò)充保護(hù)要求高；當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)過(guò)充電后，蓄電池極板易變形。</p><p>　　該電源給路燈供電,該路燈的工作電壓為24V ,工作電流約1.2A。由于路燈一天要工作8個(gè)小時(shí)左右,考慮連續(xù)陰天3天情況下系統(tǒng)的供電,后備

108、電源須具有24h的供電能力,且按80%的放電率計(jì)算,則蓄電池的容量如公式（4-3）為:</p><p>　　Qx=(Tx×Is)=(24×1.2)/0.8=36(Ah) (4-3) </p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　Qx——蓄電池容量;</p>&l

109、t;p>　　Tx——蓄電池放電時(shí)間;</p><p>　　Is——設(shè)備工作電流。</p><p>　　應(yīng)選用24V/36Ah免維護(hù)蓄電池。</p><p>　　有日照時(shí)，要求太陽(yáng)能板給蓄電池充電，每天有效充電時(shí)間8H,兩天充滿,則可計(jì)算出太陽(yáng)能板輸出的功率如式(4-4)：</p><p><b>　　P=24Ic</b&

110、gt;</p><p>　　=Vg〔Qx+Qs ×(D-1)〕/(Tc ×D)</p><p>　　=24Qx/Tc=24*(36+9.6)/16=68.4W (4-4)</p><p><b>　　——蓄電池容量；</b></p><p>　　D——充滿電需要的天數(shù)；&l