太陽能路燈畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要</p><p>　全球性的能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖等問題正日益困擾著人類社會(huì)，“尋求綠 色替代能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”已成為世界各國面臨的共同課題。太陽能光伏發(fā)電不排放 CO2 和 SO2，也沒有常規(guī)發(fā)電的噪音、固體廢物和其他污染，是當(dāng)前最重要的可再生能 源技術(shù)之一。隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能路燈以環(huán)保、節(jié)能、安全等優(yōu) 勢成為城市道路照明行業(yè)的新寵，市場

2、潛力巨大。在不同地區(qū)，諸如城市或鄉(xiāng)村，對 太陽能路燈照明密度的要求不同，本論文主要通過研究太陽能路燈、太陽能電池、蓄電池、控制器、LED燈源等各器件的工作原理及其各自的基本特性，根據(jù)不同的要求從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方面考慮選擇出適合本地區(qū)需求的相應(yīng)容量的太陽能光伏電池、蓄電池、充放電控制器、LED燈源等配置，實(shí)現(xiàn)太陽能路燈照明系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：太陽能路燈 光伏電池 蓄電池 充放電控制器 LED光源</p>

3、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1我國太陽能的資源狀況1</p><p>　　1.2　國家政策3</p><p>　　1.3 太陽能路

4、燈與普通路燈的比較4</p><p>　　1.4 太陽能路燈的發(fā)展前景4</p><p>　　2 設(shè)計(jì)思路及其設(shè)計(jì)原則5</p><p>　　3 太陽能路燈照明系統(tǒng)介紹6</p><p>　　3.1 太陽能路燈照明系統(tǒng)基本組成6</p><p>　　3.2 太陽能路燈照明系統(tǒng)工作原理介紹6&l

5、t;/p><p>　　4 各部件的組成及工作原理7</p><p>　　4.1 太陽能電池的組成及工作原理7</p><p>　　4.1.1 太陽能電池的分類7</p><p>　　4.1.1.1 硅太陽能電池7</p><p>　　4.1.1.2 多元化合物薄膜太陽能電池8</p>&

6、lt;p>　　4.1.1.3 聚合物多層修飾電極型太陽能電池9</p><p>　　4.1.2 硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)9</p><p>　　4.1.3 太陽能電池組件12</p><p>　　4.1.4 太陽能電池組件結(jié)構(gòu)14</p><p>　　4.2 蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理17</p><p&

7、gt;　　4.2.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)17</p><p>　　4.2.2 鉛酸蓄電池的工作原理17</p><p>　　4.3 控制器的基本工作原理19</p><p>　　4.3.1 蓄電池充電19</p><p>　　4.3.2 蓄電池給LED供電20</p><p>　　4.4 LED光源2

8、1</p><p>　　5 30W太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.1 太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)所在地位置24</p><p>　　5.2 江蘇省常州市氣象資料24</p><p>　　5.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)26</p><p>　　5.4 太陽能電池組件的選擇27</p>

9、<p>　　5.4.1 太陽電池組件的基本要求27</p><p>　　5.4.2 單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)28</p><p>　　5.5 蓄電池的選型31</p><p>　　5.5.1 閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池31</p><p>　　5.5.2 蓄電池結(jié)構(gòu)32</p><

10、p>　　5.5.3 電池性能33</p><p>　　5.6 控制器的設(shè)計(jì)選型34</p><p>　　5.7光源的設(shè)計(jì)及選擇36</p><p>　　5.7.1 使用LED作為照明的理由36</p><p>　　5.7.2 所選用的LED路燈特點(diǎn)36</p><p>　　5.7.3 產(chǎn)品參數(shù)3

11、7</p><p>　　5.8 太陽能電池最佳傾角的設(shè)計(jì)38</p><p>　　5.9 抗風(fēng)設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.10 LED路燈工程設(shè)計(jì)40</p><p>　　5.10.1 LED路燈道路照明設(shè)計(jì)40</p><p>　　5.10.2 單臂燈的工程安裝步驟41</p>

12、<p>　　5.10.3 太陽能路燈的安裝和施工41</p><p><b>　　結(jié)論43</b></p><p><b>　　致謝44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　1 緒論</b

13、></p><p>　　1.1我國太陽能的資源狀況</p><p>　　全球性的能源短缺和環(huán)境污染在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國表現(xiàn)得尤為突出，節(jié)能和環(huán)保是中國實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展急需解決的問題。每年照明消耗電能約占全部電能消耗的12%～15%，作為能源消耗的大戶，必須盡快尋找可以替代傳統(tǒng)光源的新一代節(jié)能環(huán)保光源。據(jù)我國國家綠色照明工程促進(jìn)項(xiàng)目辦公室的專項(xiàng)調(diào)查顯示，我國照明用電每年在3000

14、億度以上，道路照明用電量占1/3如用太陽能取代，這相當(dāng)于總投資規(guī)模超過2000億元的三峽工程的全年發(fā)電量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50×1018kJ，全國各地太陽年輻射總量達(dá)335～837kJ/cm2·a，中值為586kJ/cm2·a。從全國太陽年輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島

15、東部和西部以及臺(tái)灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時(shí)間長。 “日光城”拉薩市，1961年至1970年的平均值，年平均日照時(shí)間為3005.7h，相對日照為68%，年平均晴天為</p><p>　　隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國都在尋求解決能源危機(jī)的辦法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技

16、術(shù)，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。</p><p>　　太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源，每天達(dá)到地球表面的輻射能大約等于2.5億萬桶石油，可以說是取之不盡、用之不竭。太陽能作為一種安全、環(huán)保新能源越來越受重視。同時(shí)，隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，太陽能燈具產(chǎn)品在環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢，太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，太陽能發(fā)電在路燈照明領(lǐng)域發(fā)展

17、已經(jīng)日趨完善。</p><p>　　表1-1 我國各地區(qū)太陽能資源情況</p><p><b>　　1.2　國家政策</b></p><p>　　中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過30多年的努力，迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”和“送電到鄉(xiāng)”等國家項(xiàng)目及世界光伏發(fā)電市場的有力拉動(dòng)下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。到2007年年底，全

18、國光伏發(fā)電系統(tǒng)的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到10萬千瓦，2008年太陽能電池的產(chǎn)量達(dá)到了200萬千瓦?！　?008下半年以來，金融風(fēng)暴危及到中國，光伏發(fā)電企業(yè)深受影響：訂單減少，多晶硅的價(jià)格下降。這次金融危機(jī)的影響是深遠(yuǎn)的，但太陽能以其獨(dú)特的優(yōu)勢，決定了它的發(fā)展趨勢并沒有也不可能改變。此次金融危機(jī)，對正處于行業(yè)洗牌階段的太陽能產(chǎn)業(yè)來說，并不一定是件壞事，反而對促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的快速升級具有現(xiàn)實(shí)意義。另外中央實(shí)行的一些措施都著眼于拉動(dòng)內(nèi)需、拉動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展

19、、拉動(dòng)中小企業(yè)發(fā)展，對太陽能熱利用行業(yè)發(fā)展非常有益。　　在金融危機(jī)形勢下，2009年3月中國出臺(tái)了“太陽能屋頂計(jì)劃”，2009 年7 月21日財(cái)政部、科技部、國家能源局聯(lián)合宣布在我國正式啟動(dòng)“金太陽”示范工程。這些政策將推動(dòng)國內(nèi)太陽能發(fā)電市場的發(fā)展，在我國政府強(qiáng)有力的政策引導(dǎo)下如表1-2，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)不僅讓國內(nèi)企業(yè)看到了機(jī)遇，而且已經(jīng)吸引了世界的目光。　</p><p><b>　　表1-2 相關(guān)政

20、策</b></p><p>　　無論是現(xiàn)在還是將來，太陽能都擁有廣闊的市場前景。潛力無限的太陽能是一種清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源。</p><p>　　1.3 太陽能路燈與普通路燈的比較</p><p>　　普通照明路燈安裝復(fù)雜：普通路燈工程中有復(fù)雜的作業(yè)程序，首先要鋪設(shè)電纜，這里就需要進(jìn)行電纜溝的開挖、鋪設(shè)暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。然

21、后進(jìn)行長時(shí)間的安裝調(diào)試，如任何一條線路有問題，則要大面積返工。而且地勢和線路要求復(fù)雜、人工和輔助材料成本高昂。太陽能路燈安裝簡便：太陽能路燈安裝時(shí)，不用鋪設(shè)復(fù)雜的線路，只要做一個(gè)水泥基座，然后用不銹鋼螺絲固定就可。</p><p>　　普通路燈電費(fèi)高昂：普通路燈工作中需要支付固定高昂的電費(fèi)，并且需要長期不間斷對線路和其它配置進(jìn)行維護(hù)或更換，維護(hù)成本逐年遞增。太陽能路燈具免電費(fèi)：太陽能路燈是一次性投入，無任何維護(hù)成

22、本，長期受益。</p><p>　　普通路燈存在安全隱患：普通路燈在施工質(zhì)量、景觀工程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的沖突等方面都會(huì)帶來諸多安全隱患。 太陽能路燈沒有安全隱患：太陽能路燈是超低壓產(chǎn)品，運(yùn)行安全可靠。太陽能路燈的其它優(yōu)勢：綠色環(huán)保。</p><p>　　綜上對比所述，太陽能路燈具有安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動(dòng)控制免維護(hù)等特性。</p>

23、<p>　　1.4 太陽能路燈的發(fā)展前景</p><p>　　目前，太陽能LED照明的最初投資問題仍然是困擾我們的一個(gè)主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價(jià)格會(huì)逐漸降低，同樣地市場上LED光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會(huì)造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)

24、給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。</p><p>　　2 設(shè)計(jì)思路及其設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　設(shè)計(jì)思路：太陽能路燈的設(shè)計(jì)與一般的太陽能照明相比，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，確定太陽能組件的功率，然后確定蓄電池的容量，再進(jìn)行電氣設(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)，

25、設(shè)計(jì)中要確保太陽能LED路燈運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　設(shè)計(jì)的原則：對于照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般我們需要考慮以下幾個(gè)問題： </p><p>　?。?）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>　?。?）在滿足道路照明各項(xiàng)功能需要的基礎(chǔ)上，提高道路照明系統(tǒng)的能效，降低系統(tǒng)功耗

26、，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>　?。?）另外還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓赓Y源情況。 </p><p>　　3 太陽能路燈照明系統(tǒng)介紹 </p><p>　　3.1 太陽能路燈照明系統(tǒng)基本組成 </p><p>　　照明系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED光源、控制箱（內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿等幾部分構(gòu)成；

27、太陽能電池板的光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(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、過充保護(hù)、過放

28、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>　　3.2 太陽能路燈照明系統(tǒng)工作原理介紹 </p><p>　　系統(tǒng)工作原理如圖3.1所示，利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動(dòng)作，蓄電池

29、對燈頭放電。蓄電池放電8.5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)斷開負(fù)載，防止蓄電池過放電；并有短路保護(hù)、反接保護(hù)等。</p><p>　　圖3.1 太陽能路燈系統(tǒng)框圖</p><p>　　4 各部件的組成及工作原理</p><p>　　4.1 太陽能電池的組成及工作原理&l

30、t;/p><p>　　4.1.1 太陽能電池的分類</p><p>　　太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式(以下表示為a-)兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。 按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化鋅

31、(Zn3P2 )等。 太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶的太陽能電池四大類，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。</p><p>　　4.1.1.1 硅太陽能電池 </p><p>　　硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

32、 （1）由于單晶硅太陽能電池是經(jīng)由圓柱形的硅錠裁切而成的，并非完整的正方形，造成了一些精煉硅材料的浪費(fèi)，所以制造成本較高。因此，大部分的單晶硅四個(gè)角落都有空隙，外觀上很容易分辨。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽能電池采樣太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可以使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過復(fù)拉制成太陽能電池專業(yè)的單晶硅棒。單晶硅太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求為99.999%，制造時(shí)將

33、單晶硅棒切割成片，一般片厚約0.3mm。</p><p>　　單晶硅太陽能電池具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　A 原料硅的藏量豐富。由于太陽光的密度極低，故使用上需要大面積的太陽能電池，因此在原材料的供給上相當(dāng)重要，再加上硅材料本身對環(huán)境影響極低。</p><p>　　B 硅的密度低，材料輕。</p><p>　　C 與多晶硅及非晶硅太陽

34、能電池相比較，其光電轉(zhuǎn)換效率極高。</p><p>　　D 發(fā)電特性穩(wěn)定，約有20年耐久性。</p><p>　　E 在太陽光譜的主區(qū)域上，光吸收系數(shù)只有103/cm程度，相當(dāng)小。為了增強(qiáng)太陽光譜吸收性能需要100um厚的硅片。</p><p>　　目前，單晶硅太陽能電池的開發(fā)正朝著降低成本和提升效率的兩個(gè)方面努力。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)

35、驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%。太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率的定義，是以該組件中最低太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率為基準(zhǔn)，而不是取太陽能電池的平均光電轉(zhuǎn)換效率。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。 （2）多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室

36、最高轉(zhuǎn)換效率為18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。</p><p>　　工業(yè)化生產(chǎn)的多晶硅太陽能電池的典型特性參數(shù)如下：</p><p>　　ISC = 2950mA ；VOC = 584mV ；填充因數(shù) FF = 0.72 ；光電轉(zhuǎn)換效率 η=12.4％（測試條件：AM1.5,1000W/㎡，25℃） （3）非晶硅薄

37、膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。下面對含硅太陽能電池進(jìn)行詳細(xì)介紹。</p><p>　　4.1.1.2 多元化合物薄膜太陽能電池</p><p>　　多元化合物薄膜太陽能電池

38、材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。 硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘元素有劇毒，會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。 砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強(qiáng),對熱不敏

39、感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。 銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦、硒是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。</p><p>　　4.1.1.3 聚合物多層修飾

40、電極型太陽能電池</p><p>　　以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。</p><p>

41、;　　4.1.1.4 納米晶體太陽能電池 納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10％以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10．壽命能達(dá)到2O年以上。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來會(huì)逐步走上市場。</p><p>　　4.1.2 硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)</p><p>　　太陽能

42、電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)，如圖4.1。</p><p><b>　　圖4.1</b></p><p>　　圖4.1中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。當(dāng)含硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴，它的形成可以參照圖4.2所示。 </p><p>&l

43、t;b>　　圖4.2</b></p><p>　　圖4.2中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。而實(shí)心的表示摻入的硼原子，因?yàn)榕鹪又車挥?個(gè)電子，所以就會(huì)產(chǎn)生入圖所示的空心的空穴，這個(gè)空穴因?yàn)闆]有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（Positive）型半導(dǎo)體。</p><p>　　同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有

44、一個(gè)電子變得非常活躍，形成N（Negative）型半導(dǎo)體。實(shí)心的為磷原子核，小的為多余的電子，如圖4.3所示。</p><p><b>　　圖4.3</b></p><p>　　N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，就會(huì)在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。如圖4.4所示。</p><p>

45、<b>　　圖4.4</b></p><p>　　當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層)，界面的P 型一側(cè) 帶負(fù)電，N 型一側(cè) 帶正電。這是由于P 型半導(dǎo)體多空穴，N 型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N 區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P 區(qū)，P 區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N 區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊

46、的薄層形成電勢差，這就是PN結(jié)。</p><p>　　當(dāng)晶片受到光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P 區(qū)移動(dòng)，而P區(qū)中的電子往N 區(qū)移動(dòng)，從而形成從N 區(qū)到P 區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源 ，如圖4.5所示。</p><p><b>　　圖4.5</b></p><p>　　由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過P－N結(jié)后

47、如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋P－N結(jié)，如圖4.5所示，以增加入射光的面積。</p><p>　　另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為了使太陽能電池板最大限度地減少光反射,將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜，使太陽能電池板的表面呈紫色，將反射損失減小到5％甚至更小。

48、一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。</p><p>　　4.1.3 太陽能電池組件</p><p>　　一個(gè)太陽能電池只能產(chǎn)生大約0.5V 電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導(dǎo)線連接。一個(gè)組件上，太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是3

49、6 片（10cm×10cm），這意味著一個(gè)太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V 的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為12V 的蓄電池進(jìn)行有效充電。應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。</p><p>　　組件的電氣特性: 主要是指電流－電壓特性，也稱為Ⅰ－Ⅴ曲線，如圖4.6 所示。Ⅰ－Ⅴ曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Imo 與電壓V

50、mo 在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。</p><p>　　其中 Isc: 短路電流 Im: 最大工作電流</p><p>　　V: 電壓 Voc: 開路電壓 Vm: 最大工作電壓</p><p>　　圖4.6 太陽能電池的電流－電壓特性曲線</p><p>　　太陽能電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進(jìn)行，測量條件被歐洲委員會(huì)定義為101號標(biāo)

51、準(zhǔn)，其條件是：</p><p>　　光譜輻照度 1000W/㎡；</p><p><b>　　光譜 AM1.5；</b></p><p><b>　　電池溫度 25℃。</b></p><p>　　在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp 。在一定的條件下，一個(gè)串聯(lián)支路中

52、被遮蔽的太陽能電池組件將被當(dāng)作負(fù)載消耗其它被光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮擋的太陽能電池組件此時(shí)將會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能很嚴(yán)重地破壞太陽能電池。有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽能電池由于熱斑效應(yīng)而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。旁路二極管對電路影響示意圖如圖4.7所示：</p><

53、;p>　　圖4.7旁路二極管對電路影響示意圖</p><p>　　當(dāng)電池片在正常工作時(shí)，旁路二極管反向截止，對電路不產(chǎn)生任何作用；若與旁路二極管并聯(lián)的電池片的存在一個(gè)非正常工作的電池片時(shí)，整個(gè)線路電流將由最小電流電池片決定，而電流大小由電池片遮蔽面積決定，當(dāng)反偏電壓高于電池片最小電壓時(shí)，旁路二極管導(dǎo)通，此時(shí)，非正常工作電池片被短路。</p><p>　　太陽能電池在使用時(shí)要注意極性，

54、旁路二極管的正極與太陽能電池組件的負(fù)極相連，旁路二極管的正極與太陽能電池組件的負(fù)極相連。太陽能電池的連接盒是一個(gè)很重要的元件，它保護(hù)太陽能電池與外界的交界面及各組內(nèi)部連接的導(dǎo)線件和其他的系統(tǒng)元件。連接盒包含一個(gè)接線盒和1只或2只旁路二極管。這樣，對旁路二極管的性能要求就尤為重要了。由于大多數(shù)二極管安裝在接線盒內(nèi)，盒內(nèi)受有限的散熱空間及接線盒結(jié)構(gòu)和材料的限制，要求二極管的熱性能一定要好，熱斑發(fā)生時(shí)，組件電流基本上都流經(jīng)旁路二極管，有電流流

55、過就會(huì)有熱產(chǎn)生，同時(shí)，由于接線盒內(nèi)的二極管發(fā)熱也對接線盒提出了要求：接線盒要具備好的耐熱和好的散熱特性。</p><p>　　出于對二極管的熱性能考慮，對于二極管的選擇，主要參數(shù)要遵循一下幾點(diǎn)：</p><p>　　（1）熱阻系數(shù)小越小越好；</p><p>　?。?）正向壓降越小越好；</p><p>　?。?）正向耐電流越大越好；<

56、/p><p>　?。?）反向電流越小越好；</p><p>　?。?）溫度特性曲線要好；</p><p>　　阻塞（防反二極管）：置于組件或電池板和蓄電池之間的正極性線路上，夜間或陰天時(shí)防止蓄電池電流回流到太陽能電池組件。</p><p>　　4.1.4 太陽能電池組件結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）鋼化

57、玻璃</b></p><p>　　低鐵鋼化玻璃（又稱白玻璃），厚度3.2毫米，在太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)（320-1100NM）透光率達(dá)90%以上，對于大于1200NM的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時(shí)耐紫外光線的輻照，透光率不下降。 鋼化性能符合國標(biāo)GB9963-88或者封裝后的組件抗沖擊性能達(dá)到國標(biāo)GB9535-88地面用硅太陽能電池環(huán)境試驗(yàn)方法中規(guī)定的性能指標(biāo)。 </p>&l

58、t;p><b>　?。?）EVA</b></p><p>　　EVA是一種熱融膠粘劑，厚度在0.4毫米-0.6毫米之間，表面平整，厚度均勻，內(nèi)含交聯(lián)劑。常溫下無黏性且具有抗黏性，經(jīng)過一定調(diào)價(jià)熱壓便發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)固化，并且變的完全透明。固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將電池片“上蓋下墊”，將其包封，并和上層保護(hù)材料-玻璃，下層保護(hù)材料背板（TPT，BBF等），利用真空層壓技

59、術(shù)合為一體。另一方面，它和玻璃粘和后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對太陽能電池板的輸出有增益作用。 </p><p>　　暴露在空氣中的EVA 易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起EVA提早老化，影響組件壽命。</p><p><b

60、>　?。?）太陽能電池片</b></p><p>　　太陽能電池片是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為125*125或156*156。太陽能電池片的工作電壓約為0.5V，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池片進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池板，其功率一般為幾瓦到幾十瓦，一百瓦到兩百瓦以上，可以單獨(dú)作為電源使用。 作為重要工序，絲網(wǎng)印刷的質(zhì)量(厚度，寬度，膜厚一致性)影響電池片的技術(shù)指標(biāo)。<

61、/p><p><b>　　絲網(wǎng)印刷工序：</b></p><p>　　背面銀電極印刷(背銀)：在電池片的正極面(P區(qū))用銀、鋁漿料印刷兩條電極導(dǎo)線(寬約3-4mm)作為電池片的電極。</p><p>　　正面銀印刷(正銀)：在電池片的正面(噴涂減反射膜的面)同事用銀漿料印刷一排間隔均勻的閃現(xiàn)和兩條電極，在工藝上要求柵線間距約3mm，寬度約0.10-

62、0.12mm：</p><p><b>　　（4）背板</b></p><p>　　背板就是電池板背面的保護(hù)材料，一般有TPT，BBF，DNP等等。這些保護(hù)材料具有良好的抗 環(huán)境侵蝕能力，絕緣能力并且可以和EVA良好粘接。太陽電池的背面覆蓋物-氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對電池板的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可以降低電池板的工作溫度，也有利于

63、電池板的效率。當(dāng)然，氟塑料膜具有太陽電池封裝所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。 </p><p>　　TPT: PVF-PET-PVF</p><p>　　TPE: PVF-PET-EVA</p><p>　　KPK: PVDF-PET-PVDF</p><p>　　BBF: PVDF-PET-Le / PET-PET-PET / T

64、HV-PET-EVA</p><p>　　FFC: FFC-PET-FFC</p><p>　　GBE: PVDF-PET-EVA</p><p>　　PET: 確保背板絕緣且堅(jiān)固</p><p>　　除了PET背板，其它的都含有氟聚合膜。</p><p>　　PVF：聚氟乙烯，商品名為Tedlar，Tedlar是美國

65、DuPont公司專利技術(shù)，按其生產(chǎn)工藝可分為Tedlar OR膜和Tedlar SP膜。</p><p>　　PVDF：聚偏二氟乙烯，PVDF不容易單獨(dú)成膜，在加工中一般需要加入增塑劑，如PMMA等，但影響了其耐候性和化學(xué)性，因此法國Arkema公司擠出吹塑法，在PVDF兩面覆蓋純的PVDF保護(hù)膜，三層厚分別為5um/20um/5um，形成了獨(dú)特的三層膜結(jié)構(gòu)的PVDF膜，是Arkema公司的獨(dú)家專利技術(shù)，具有較好

66、的耐候性、耐UV性、陰濕性和阻燃性，耐玷污性好，高光澤保持等。</p><p>　　LE/LE-FILM: 與EVA相似的熱熔膠黏劑。</p><p><b>　　（5）接線盒</b></p><p>　　接線盒一般由ABS制成，并加有防老化和抗紫外線輻射劑，能確保電池版納在室外使用25年以上不出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象。接線柱由外鍍鎳層的高導(dǎo)電解銅制成

67、，可以確保電氣導(dǎo)通及電氣連接的可靠。接線盒用硅膠粘接在背板表面。 </p><p><b>　?。?）鋁合金邊框</b></p><p>　　邊框采用硬制鋁合金制成，表面氧化層厚度大于10微米，可以保證在室外環(huán)境長達(dá)25年以上的使用，不會(huì)被腐蝕，牢固耐用。</p><p>　　4.2 蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理</p><p>

68、;　　由于太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，再加上路燈的使用是在晚上，所以需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。蓄電池也是整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，它是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的儲(chǔ)備能源設(shè)備，白天時(shí)太陽電池給蓄電池充電，晚上，系統(tǒng)和負(fù)載所用電全部由蓄電池來提供，其次，陰雨天的供電也要靠蓄電池來完成。在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于PV陣列產(chǎn)生的電能不能總是在電能產(chǎn)生的同時(shí)加以使用。由于需求的能量不能總是與它的產(chǎn)量相符，所以在多數(shù)獨(dú)立PV系統(tǒng)中需要蓄電池

69、。蓄電池的主要功能是：</p><p>　　(1) 能量存儲(chǔ)能力及自主運(yùn)行。</p><p>　　(2) 電壓和電流穩(wěn)定性。</p><p>　　(3) 提供浪涌電流。</p><p>　　4.2.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)</p><p>　　鉛酸蓄電池的電極主要由金屬鉛制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。一般由正極板、

70、負(fù)極板、隔板、電池槽、電解液和接線端子等部分組成。如圖4.8 所示。</p><p>　　圖4.8 鉛酸蓄電池的示意圖</p><p>　　4.2.2 鉛酸蓄電池的工作原理</p><p>　　鉛酸蓄電池是一種利用化學(xué)反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪褐绷麟娔艿碾娀瘜W(xué)電源設(shè)備。它具有能釋放能量又有能儲(chǔ)存能量，它能把其它能量轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存起來。鉛酸蓄電池電動(dòng)勢的產(chǎn)生，如圖4.

71、9所示：</p><p>　　圖4.9鉛酸蓄電池電動(dòng)勢的產(chǎn)生</p><p>　　鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛（Pb(OH)4），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb4+）留在正極板上，故正極板上缺少電子。鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb

72、2+），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子（2e）?？梢?，在未接通外電路時(shí)（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動(dòng)勢。其原理可通過下面的反應(yīng)方程式來表示：</p><p>　　負(fù)極： Pb + H2SO4 → PbSO4 + 2H+ +2e 4－2－1 式</p><p>　　

73、正極： PbO2 + H2SO4 + 2H+ +2e →PbSO4 + 2H2O 4－2－2 式</p><p>　　總反應(yīng)：Pb + PbO2 + 2H2SO4→ 2PbSO4 + 2H2O 4－2－3 式</p><p><b>　　此反應(yīng)產(chǎn)生的電壓：</b></p><p>　　E = E0 +（2RT/

74、nF）× 10Ln（aH SO4 /aH 2O）</p><p>　　= 2.04 + 0.059 × l0 Ln（aH SO4 /aH2O） 4－2－4 式</p><p>　　從4－2－4 式可以看出，當(dāng)aH SO4 /aH 2O=1 時(shí)，此反應(yīng)產(chǎn)生的電壓</p><p>　　E = E0 =2.04V，這被稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

75、鉛酸電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢。人們有時(shí)為了方便，稱鉛酸電池的額定電壓是2V，就是緣于此。需要指出的是，2V 指的是單格電壓，如果串聯(lián)了3個(gè)單格，則電壓為6V，串聯(lián)了6個(gè)單格，電壓為12V； 反之，一個(gè)額定電壓為12V 的鉛酸電池必定串聯(lián)了6個(gè)單格，額定電壓為8V 的電池串聯(lián)了4個(gè)單格。放電時(shí)負(fù)極的活性物質(zhì)—海綿狀的鉛與電解液硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛，并釋放出電子，而正極的活性物質(zhì)—二氧化鉛接收負(fù)極釋放的電子并與電解液硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水。</

76、p><p>　　4.3 控制器的基本工作原理</p><p>　　太陽能電池的輸出特性曲線如圖4.10所示。太陽能電池的伏安特性具有很強(qiáng)的非線性，即當(dāng)日照強(qiáng)度改變時(shí)，其開路電壓不會(huì)有太大的改變，但所產(chǎn)生的最大電流有相當(dāng)大的變化，所以其輸出功率與最大功率點(diǎn)會(huì)隨時(shí)改變。然而當(dāng)光強(qiáng)度一定時(shí)，太陽能電池輸出的電流一定，可認(rèn)為是恒流源。因此，必須研究和設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的光伏控制器，才能更有效的利用太陽能。

77、</p><p>　　圖4.10 太陽能電池的輸出特性曲線</p><p>　　太陽能電池將吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能而通過充放電控制器對蓄電池充電。充放電控制器的功能主要有兩個(gè)，一是對蓄電池的充放電保護(hù)，以避免蓄電池有過充或過放的情形發(fā)生，而蓄電池的任務(wù)則是儲(chǔ)能，以便在夜間或陰雨天供給負(fù)載用電；二是提供穩(wěn)定的直流電壓源供給逆變器或直流負(fù)載使用。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)未用到逆變器。</p>&

78、lt;p>　　4.3.1 蓄電池充電</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境太陽光線充足時(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：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)品手冊上查到。在電路設(shè)計(jì)中針對12V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。具體充電模式見表1所示。</p><p>　　表1 蓄電池充

79、電模式</p><p>　　從表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)，總的來說各有優(yōu)劣，設(shè)計(jì)中采用相對簡單的擾動(dòng)觀察法來實(shí)現(xiàn)。這種方法是通過增大或者減少充電電路開關(guān)信號PWM占空比，然后觀察輸出功率是變大還是變小，由此來決定下一步是增大還是減小占空比。由于太陽能電池的輸出變化相對比較緩慢，而且是單級點(diǎn)，所以采用這種方式可收到比較好的效果。</p><p&g

80、t;　　4.3.2 蓄電池給LED供電</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境太陽光線不足時(shí)，就會(huì)進(jìn)入蓄電池給LED供電模式。LED電流通過高位電流檢測芯片（TSC101AILT）采樣送回MCU，有MCU通過調(diào)整開關(guān)信號PWM的占空比來獲得恒定輸出電流。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)檢測的環(huán)境光強(qiáng)度來調(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)境光照完全暗下來時(shí)，系統(tǒng)的輸出電流也

81、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，用戶還可以通過設(shè)定開光DIP1～DIP4的狀態(tài)來設(shè)置LED燈的開啟時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)DIP1～DIP4的設(shè)定組合來控制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)置了針對太陽能電池組件，蓄電池和LED等一系列軟硬件的保護(hù)功能。</p><p>　　在太陽能LED路燈控制器硬件

82、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：</p><p>　　（1）感應(yīng)雷保護(hù)電路應(yīng)設(shè)計(jì)在太陽能電池引線入口保護(hù)電路周圍4mm不要布置其他器件。</p><p>　?。?）放置太陽能電池組件反接入用的二極管必須采用快恢復(fù)二極管，這種二極管導(dǎo)通電阻小，充電時(shí)發(fā)熱量小，不用散熱器也可以連續(xù)充電，充電效果好。</p><p>　?。?）充電、負(fù)載放電電路的PCB線路的寬度至少為4～5mm，

83、線路上用搪錫處理以增加導(dǎo)通電流能力。</p><p>　?。?）過流、短路保護(hù)電路選用的電流采樣電阻要綜合考慮電流、功率及熱穩(wěn)定性三個(gè)因素。電阻增大則電路效率下降，若選用電阻為0.01Ω選用過電流能力在10A以上的康銅絲作為電流取樣電阻，來產(chǎn)生取樣電壓，取樣電壓不超過0.2V，故采用運(yùn)放LM358對它進(jìn)行放大。</p><p>　　4.4 LED光源</p><p&g

84、t;　　LED具有管線質(zhì)量高、基本上無輻射、可靠耐用、維護(hù)費(fèi)用極為低廉燈優(yōu)勢，屬于典型的綠色照明光源。超高亮度LED的研制成功大大的降低了太陽能LED照明燈具的使用成本，使之達(dá)到或接近工頻交流電照明系統(tǒng)的初裝成本，并且具有保護(hù)環(huán)境、安裝簡單。工作安全經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　采用平頭LED的柱式和炬式組合光源結(jié)構(gòu)，通過合理控制平頭LED安裝傾斜角度，可使LED組合光源所發(fā)出的均勻度及照度得到大幅提升。

85、為太陽能LED照明系統(tǒng)專門研制的組合十字型和炬型組合發(fā)光源，充分發(fā)揮平頭LED開光角度大、光均勻度良好和圓頭LED點(diǎn)面積亮度高的優(yōu)點(diǎn)，使兩者取長補(bǔ)短，發(fā)揮最大的光照。通過對傳統(tǒng)LED照明燈具的結(jié)構(gòu)、智能控制器、光源結(jié)構(gòu)的更新及技術(shù)改革，進(jìn)行最佳傾斜角設(shè)計(jì)，使平頭和圓頭LED的優(yōu)勢互補(bǔ)，從而使其發(fā)光更均勻，整體亮度更高，成本更低，更有利于應(yīng)用推廣。</p><p>　　對于獨(dú)立太陽能LED照明系統(tǒng)，提高能量利用率，

86、研究科學(xué)的系統(tǒng)能量控制策略，可降低獨(dú)立太陽能LED照明系統(tǒng)的投資費(fèi)用。目前太陽能組件、控制器、蓄電池和LED光源是太陽能LED照明燈具產(chǎn)品的4個(gè)主要部件，它們各自的使用壽命參考值見表4-2。</p><p>　　表4-2 太陽能照明燈具4個(gè)主要部件使用壽命參考值</p><p>　　5 30W太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：太陽能路燈光源功率為

87、30W,工作電壓為直流12V要求路燈每天工作7h,保證連續(xù)7個(gè)陰雨天能正常工作。常州新北區(qū)三井工業(yè)園區(qū)地處北緯31°09′-32°04′、東經(jīng)119°08′-120°12′，園區(qū)南北主干道長4公里，車道寬16m。</p><p>　　根據(jù)以上資料，計(jì)算出太陽能電池組件的安裝傾斜角為27°，標(biāo)準(zhǔn)峰值時(shí)數(shù)約3.9h。</p><p>　　(1)

88、 負(fù)載日耗電量</p><p>　　QF = P×h/V = 30×7/12 = 20(A·h)5-1-1式</p><p>　　式中，V為系統(tǒng)蓄電池標(biāo)稱電壓。</p><p>　　(2) 滿足負(fù)載日用電的太陽能電池組件的充電電流</p><p>　　I1 =Q×1.05/h/0.85/0.9 = 7

89、.04(A)5-1-2式</p><p>　　式中，1.05為太陽能充電綜合損失系數(shù)；0.85為蓄電池充電效率；0.9為控制器效率。</p><p>　　(3) 蓄電池容量的確定。滿足7個(gè)陰雨天能正常工作的電池容量</p><p>　　C = Q×(d+1)/0.75×1.1 =20×8/0 .75×1.1 = 235(A&

90、#183;h)5-1-3式</p><p>　　式中，0.75為蓄電池放電深度；1.1為蓄電池安全系數(shù)。</p><p>　　取蓄電池容量為240A·h，則選用2節(jié)12V、120A·h的電池組成電池組。</p><p>　　(4) 連續(xù)陰雨天過后需要恢復(fù)蓄電池容量的太陽能電池組件充電電流</p><p>　　I2 = C

91、×0.75/h/D = 240×0.75/3.5/25 = 1.855-1-4式</p><p>　　式中，0.75為蓄電池放電深度。</p><p>　　(5) 太陽能電池組件的功率為 </p><p>　?。↖1+I2）×18 = (7.04+1.85) ×18 = 160(W)5-1-5式</p>&l

92、t;p>　　式中，18為太陽能電池組件工作電壓。在太陽能LED路燈系統(tǒng)中，線損，控制器的損耗及恒流源的功耗各不相同，實(shí)際應(yīng)用中可能為5％～10％。所以160W只是實(shí)際值，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際情況有所增加。</p><p>　　選取2塊峰值功率為80W的太陽能電池組件構(gòu)成太陽能電池陣列。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算,我們做出太陽能LED路燈的配置方案見表5-1，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)見表5-2

93、。</p><p>　　表5-1 太陽能LED路燈的配置方案</p><p>　　表5-2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)</p><p>　　5.1 太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)所在地位置</p><p>　　設(shè)計(jì)所在地位于，處于北緯31°09′-32°04′、東經(jīng)119°08′-120°12′，隸屬美麗富饒的長江金三角地區(qū)

94、，與上海、南京兩大都市等距相望，與蘇州、無錫聯(lián)袂成片，構(gòu)成了蘇錫常都市圈。</p><p><b>　　5.2 氣象資料</b></p><p>　　江蘇省平均年日照數(shù)為1400小時(shí)～3000小時(shí)，太陽能資源年理論儲(chǔ)量每平方米1130～1530千瓦時(shí)，每年每平方米地表吸收的太陽能相當(dāng)于140～190公斤標(biāo)準(zhǔn)煤熱量，太陽能資源比較豐富，開發(fā)利用前景較為廣闊。</

95、p><p>　　具體氣象參數(shù)如下表所示：</p><p><b>　?。?）氣溫</b></p><p>　　歷年最高氣溫：39.4℃(1978.7.10)；</p><p>　　歷年最低氣溫：－15.5℃(1955.1.27)；</p><p>　　多年平均氣溫：15.4℃；</p>

96、<p>　　多年最熱月（7月）平均氣溫：28.1℃；</p><p>　　多年最冷月（1月）平均氣溫：2.7℃。</p><p><b>　　（2）降水</b></p><p>　　多年平均降水量：1074.0mm；</p><p>　　最大年降水量：1815.6mm(1991年)；</p>&l

97、t;p>　　最小年降水量：535.7mm(1978年)；</p><p>　　月最大降水量：505.4mm(1991年7月)；</p><p>　　日最大降水量：196.2mm(1991年8月19日)；</p><p>　　降水次數(shù)：日降水量≥5 mm（52.2天）；</p><p>　　日降水量≥10mm（32.1天）；</p&

98、gt;<p>　　日降水量≥25mm（11.2天）；</p><p>　　日降水量≥50mm（3.0天）；</p><p>　　最大積雪深度：22cm(1984年1月19日)；</p><p>　　最大凍土深度：12cm(1982年1月19日)。</p><p><b>　?。?）風(fēng)的情況</b></

99、p><p>　　全年主導(dǎo)風(fēng)向及頻率：ESE向14%；</p><p>　　夏季主導(dǎo)風(fēng)向及頻率：ESE向19%；</p><p>　　冬季主導(dǎo)風(fēng)向及頻率：NNE向9%；</p><p>　　多年平均風(fēng)速：2.9m/s；</p><p>　　實(shí)測最大風(fēng)速：20.3m/s；</p><p>　　大風(fēng)日數(shù)（

100、風(fēng)力≥7級）：平均6天/年、最多19天/年。</p><p><b>　?。?）霧的情況</b></p><p>　　多年平均霧日數(shù)：29.9天；</p><p>　　歷年最多霧日數(shù)：56.0天(1980年)；</p><p>　　歷年最少霧日數(shù)：17.0天(1967年)。</p><p><

101、;b>　?。?）雷暴</b></p><p>　　多年平均雷暴日數(shù)：33.5天；</p><p>　　歷年最多雷暴日數(shù)：59.0天(1963年)。</p><p><b>　　（6）相對濕度</b></p><p>　　多年平均相對濕度：77%；</p><p>　　七月份平均相

102、對濕度：82%；</p><p>　　一月份平均相對濕度：74%。</p><p>　?。?）年日照時(shí)間：1940.2小時(shí)。</p><p>　　5.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16-92（2008版）；</p><p>　　《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 GB50034-2004

103、；</p><p>　　《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-95；</p><p>　　《電氣工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-94；</p><p>　　《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-95；</p><p>　　《10KV及以下變配電所設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50053-94；</p><p>　　《工業(yè)企業(yè)照明設(shè)計(jì)標(biāo)

104、準(zhǔn)》；</p><p>　　《地面用太陽能電池標(biāo)定的一般規(guī)定》GB6497－1986；</p><p>　　《地面用太陽能電池電性能測試方法》GB6495－86；</p><p>　　《光伏組件的測試認(rèn)證規(guī)范》IEEE 1262-1995；</p><p>　　《陸地用太陽能電池組件總規(guī)范》GB/T 14007-92</p>&

105、lt;p>　　《太陽能電池組件參數(shù)測量方法》GB/T 14009－92；</p><p>　　《 陸地用太陽能電池組件環(huán)境試驗(yàn)方法》GB 9535；</p><p>　　《地面用光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)概述和導(dǎo)則》 GB/T18479-2001。</p><p>　　地區(qū)光照資源、氣象及氣候特征、地理、人文環(huán)境等資料。</p><p>&l

106、t;b>　　項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1）項(xiàng)目主設(shè)備選型要具有先進(jìn)性，同時(shí)要立足于本土化，要充分展示江蘇乃至中國先進(jìn)的可再生能源開發(fā)利用的最新技術(shù)。</p><p>　　2）優(yōu)化系統(tǒng)配置，在保證示范項(xiàng)目實(shí)用性功能的同時(shí)，兼顧新能源技術(shù)的展示功能。</p><p>　　3）系統(tǒng)具有最高的性價(jià)比。</p><p>

107、;　　4）在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮建設(shè)地的具體情況，系統(tǒng)適合當(dāng)?shù)匾恍┨卣骱鸵蟆?lt;/p><p>　　5.4 太陽能電池組件的選擇</p><p>　　由設(shè)計(jì)要求知：太陽能電池組件的功率為</p><p>　?。↖1+I2）×18 = (7.04+1.85) ×18 = 160(W)</p><p>　　選取2塊峰值功率為80W

108、的單晶硅組件太陽能電池組件構(gòu)成太陽能電池陣列。所選組件經(jīng)過了CE，TUV，IEC等國際認(rèn)證，產(chǎn)品性能及壽命均滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。組件出廠均進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，保證電性能參數(shù)盡可能一致，其中最大輸出功率Pm、最大工作電流Im及工作電壓Wm的離散性均小于±5%。</p><p>　　5.4.1 太陽電池組件的基本要求</p><p>　　(1)防水、防冰雹、防風(fēng)。一般太陽能電池組件采用鋼

109、化玻璃封裝，采用的鋁合金邊框應(yīng)具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力要強(qiáng)。安裝時(shí)用金屬支架固定，能抵御10級以上大風(fēng)。</p><p>　　(2)標(biāo)準(zhǔn)測試條件：輻射度為1000W/㎡,電池溫度為25℃。</p><p>　　(3)絕緣電壓：≥600V。</p><p>　　(4)邊框接地電阻：≤10Ω。</p><p>　　(5)迎風(fēng)壓強(qiáng):2700Pa

110、。</p><p>　　(6)填充因子：73％。</p><p>　　(7)短路電壓溫度系數(shù)：+ 0.4mA/℃。</p><p>　　(8)開路電壓溫度系數(shù)：-60mV/℃。</p><p>　　(9)工作溫度：-40℃~+85℃。</p><p>　　5.4.2 單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)</p&g

111、t;<p>　?。?）單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)</p><p>　　單晶硅太陽能電池組件的實(shí)物外形如圖5.1所示，單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)如圖5.2所示,光伏組件的I-V輸出曲線如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.1 單晶硅太陽能電池組件的實(shí)物外形</p><p>　　圖5.2 單晶硅太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)</p><p&

112、gt;　　圖5.3 光伏組件的I-V輸出曲線</p><p>　?。?）單晶硅太陽能電池組件的技術(shù)參數(shù)見表5-3。</p><p>　　表5-3 單晶硅太陽能電池組件技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　兩塊電池板并聯(lián)正極接正極，負(fù)極接負(fù)極，中間要接二極管。兩塊輸出功率和規(guī)格不同的太陽能電池組件不可以并連在一起，因并聯(lián)會(huì)造成內(nèi)部損耗，降低了太陽能電池組件的使用效率

113、，縮短了使用壽命。</p><p>　　5.5 蓄電池的選型</p><p>　　5.5.1 閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池</p><p>　　我們選用閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池如圖5.4所示。閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池是歷盡四十余年不斷創(chuàng)新的結(jié)晶。為亞洲市場開發(fā)的NP系列和GM系列電池更是積累四十余年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的成功之作。優(yōu)良的品質(zhì)、卓越的性能受到用戶的廣泛贊譽(yù)。