【正文】 +5 12734 12515 成都 248。+6 15994 14043 鄭州 248。+2 19615 16553 西安 248。+1 16563 13793 北京 248。 我所取得的每一點進(jìn)步，都得益于 老師 的悉心培養(yǎng)與不 倦教誨。 本論文 在 設(shè)計 太陽能照明系統(tǒng)上取得了一定的成果 ， 但是也存在一些不足 ， 主要有以下幾個方面 ： 本文設(shè)計太陽能 LED 照明系統(tǒng)是獨立運行的光伏發(fā)電照明系統(tǒng) ， 沒有進(jìn)行光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究 。系統(tǒng)的電氣參數(shù)見表 ，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 。用戶可自定義負(fù)載夜間打開的時長，設(shè)定時長以小時為單位，最長 可達(dá)一整夜。當(dāng)蓄電池組電壓低于“過放電壓”時， T2 也關(guān)斷，實現(xiàn)“過放電保護(hù)”功能。天兆新能 MNE TZ135 的太陽能電池板產(chǎn)品信息如表 和表 所示： 太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 26 表 MNE TZ75 太陽能電池板電氣參數(shù) 組件名稱 組件規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn)條件下的的電性能參數(shù) 峰值功率（ W） 組件效率（ %） 峰值功率電壓（ V） 峰值功率電流（ A） 開路電壓（ V） 短路電流（ A） MNE TZ135 TZ135P17b 135 表 MNE TZ75 太陽能電池板外型規(guī)格 組件名稱 組件規(guī)格 一般特性 包裝說明 尺寸 (mm) 重量（ kg） 每箱組件數(shù)量 包裝箱尺寸（ mm） MNE TZ135 TZ135P17b 147068035 2 1500710100 若太陽能電池組件承受十級臺風(fēng)時，也就是抗風(fēng)系數(shù)為 27m/s，根據(jù)非黏性流體力學(xué)，組 件承受的風(fēng)壓強也就只有 365Pa。 無頻閃，發(fā)光響應(yīng)時間快，只有幾十納秒 。 LED 燈壽命長達(dá) 10 萬小時，是高壓鈉燈的十幾倍 ， 戶外使用壽命長達(dá) 10 年以上 。 LED 燈如圖 所示。 圖 蓄電池組 太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 22 本設(shè)計主要考慮廣烏魯木齊地區(qū)，根據(jù)烏魯木齊地區(qū)的氣候情況，所以自 給天數(shù)取 7天，負(fù)載的功率為 1kW， LED 的驅(qū)動效率取 ， LED 的驅(qū)動電壓為 24V，系統(tǒng)的線路能量損耗取 10%，根據(jù)公式（ 3 – 5）得總的功率 P ）（）（ W1300% 1000)1( ?????? ?? LED LEDPP 每天從晚上 7 點開始至第二天早上 6 點照明，采用前 5 個小時全功率放電，后 6個小時半功率放電，所以由公式（ 3 – 6）得系統(tǒng)一天總的能量消耗 ）（ W10400513006650 ?????? ? ii ihPQ 由公式（ 3 – 7）得蓄電池組的總?cè)萘? ）（ 710400 ??? ??? UDODQNB d 串聯(lián)的蓄電池數(shù)： 21224 ??? Bc UUN 采用 12V/2021A178。在實際應(yīng)用中，并聯(lián)的蓄電池在充、放電時可能會造成蓄電池之間的不平衡，并聯(lián)的蓄電池數(shù)目越多，發(fā)生蓄電池不平衡現(xiàn)象的機率就越大，所以要盡量減少并聯(lián)數(shù)目，也就是說，最好選擇大容量的蓄電池。 酸蓄電池 鉛酸蓄電池由于其制造成本低、容量大、價格低廉而得到了廣泛的使用。而酸性蓄電池的電解液是酸性水 溶液，目前以鉛酸蓄電池應(yīng)用最普遍；堿性蓄電池的電解液是堿性水溶液（如 KOH、 NaOH），包括 鎳鎘 蓄 電池 、 鎳氫 蓄 電池 以及鐵鎳蓄電池等。 所以太陽能電池方陣的保守計算值可以用以下公式計算： SSCp ???N （ 3 – 1） Ss UU? （ 3 – 2） 式中， Np 為并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)量； Ns 為串聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)量； Q為負(fù)載平均每天所需要的能量； Qs 為太陽能電池組件的平均日輸出能量，單位采用安時；U 為系統(tǒng)負(fù)載的標(biāo)稱電壓； Us 為太陽能電池的標(biāo)稱電壓； ηc 為蓄電池的庫侖效率，通常取 ～ ； βs 為太陽能電池方陣的輸出效率衰減因子，通常取 ～ 。 本設(shè)計是針對烏魯木齊地區(qū)的，由附錄 A 得烏魯木齊的緯度角為 44186。 太陽能電池組控制器蓄電池組隔 離 二 極 管開關(guān)管 圖 并聯(lián)型 充電 控制 圖 （ 3） PWM 型控制器 太陽能 照明 系統(tǒng)中，由于給蓄電池充電的 太陽能 光伏電池 本身的非線性以及 所發(fā)電力受環(huán)境影響比較大，在充電過程中，很難保證 蓄電池的 充電電壓 穩(wěn)定， 蓄電池的充電 也會太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 16 受 環(huán)境溫度、電池老化、蓄電池電解液濃度等因素 的 影響。串聯(lián)型充電控制 如 圖 所示 。可與太陽能電池發(fā)電器串聯(lián)或并聯(lián)在一起，調(diào)整充電電流，使蓄電池的電壓不會超過一定的極限。 太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 13 燈具 作為太陽能照明系統(tǒng)的負(fù)載 ， 理想的燈具既要高效照明 ， 又要盡可能的降低功率損耗 。 硅型太陽能 光伏 電池 優(yōu)缺點如表 所示： 表 硅型太陽能 光伏 電池 優(yōu)缺點 種類 穩(wěn)定性 光電轉(zhuǎn)換效 率 成本 單晶硅 穩(wěn)定性較好 16%左右 6元 /W左右 多晶硅 穩(wěn)定性一 般 14%左右 5元 /W左右 薄膜 穩(wěn)定性較差，容易老化 6%左右 4元 /W左右 太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 12 第三章 太陽能 1kW 照明系統(tǒng) 設(shè)計 太陽能照明系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于公園、景區(qū)、廣場、城市次干道、偏遠(yuǎn)地區(qū)的功能性和景觀性照明，以及交通指示等多種場合。 （ 4） 填充因子 ， 是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標(biāo) ，其值等于 最大輸出功率 Pm除以 開路電壓 Uoc 和短路電流 Isc 的 乘積 ： UocIscUmUocIscPmFF Im?? （ 2 – 1） （ 5） 轉(zhuǎn)換效率 ， 太陽能 光伏 電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時的最大能量轉(zhuǎn) 換效率 ， 等于太陽能 光伏 電池的輸出功率與入射到太陽能 光伏 電池表面的能量之比 ： 00100????? Pin IscUocFFPinPm? （ 2 – 2） 當(dāng)太陽 光照強度 或溫度 不同時，太陽能 光伏 電池的輸出特性有較大的改變，即對應(yīng)不同的 太陽 光照強度 或溫度 有不同的輸出特性曲線， 如圖 （ a）、（ b）和圖 （ a）、（ b）所示： 太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 10 I / A3215 1 0 1 5 2 0 U / V太 陽 能 電 池 溫 度 = 2 5 ℃1 0 0 0 W / ㎡6 0 0 W / ㎡4 0 0 W / ㎡0P / W2 01 05 1 0 1 5 2 0 U / V太 陽 能 電 池 溫 度 = 2 5 ℃1 0 0 0 W / ㎡6 0 0 W / ㎡4 0 0 W / ㎡04 05 06 03 0 圖 （ a）不同的光照條件下 IV 特性曲線 （ b）不同的光照條件下 PV 特性 曲線 從圖 （ a）、（ b） 中可以看出 ， 太陽能 光伏 電池的短路電流 和輸出功率都 隨著 太陽光照強度的增加 而 增大 。 太陽能光伏電池是一種能量轉(zhuǎn)換的光電器件，本質(zhì)上是一個大面積半導(dǎo)體二極管。 研究內(nèi)容 本論文對太陽能照明系統(tǒng) 做了系統(tǒng)的分析和設(shè)計，首先對太陽能照明系統(tǒng)的各組成部分：太陽能電池、蓄電池、控制器、燈具進(jìn)行了分析研究；然后從太陽能電池組件方陣和最佳傾角確定、蓄電池容量確定、控制電路、光源等方面對太陽能照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，使系統(tǒng)能夠完全依靠太陽能電池產(chǎn)生的電能給負(fù)載提供穩(wěn)定、可靠的供電，并且在連續(xù)陰雨天氣也不影響系統(tǒng)供電照明。對能源的需求，對新技術(shù)的追求以及人們不斷提高的物質(zhì)文化的需要，都將促使太陽能光伏技術(shù)成為本世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，而家用太陽能照明系統(tǒng)也必會走進(jìn)千家萬戶。并且存在鉛酸蓄電池使用壽命較短及系統(tǒng)在弱光條件下充電能力不足這兩大問題。同時工業(yè)化的進(jìn)程和能源的消耗也使 環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重。 2021 年全球的電力需求為 ，而 2040 年將達(dá)到 ，屆時太陽能將占到主導(dǎo)地位，未來能源結(jié)構(gòu)如圖 所 示 。另外，太陽的壽命比人類歷史長很多數(shù)量級，因此太陽能可作為半永久性能源。根據(jù)權(quán)威專家的預(yù)測，太陽能將是 21 世紀(jì)最重要的能源之一。 可見全球可開采的各種一次能 源儲量已經(jīng)很少，與世界相比，中國各種一次能源資源都比世界平均水平低，中國面臨的能源需求問題更加嚴(yán)峻。 從 20 世紀(jì) 至今的 ，人類所 消耗 的一次 性 能源主要 包括 石油、煤炭和天然氣等化石能源。太陽能照明系統(tǒng)分析設(shè)計 目 錄 中英文 摘要 .............................................................. 1 第一章 緒論 ............................................................ 2 世界能源與環(huán)境的問題 ............................................ 2 太陽能照明的意義現(xiàn)狀以及發(fā)展前景 ................................ 3 太陽能照明的 意義 .......................................... 3 太陽能照明 現(xiàn)狀 ............................................ 5 太陽能照明 前景 ............................................ 6 研究內(nèi)容 ........................................................ 7 第二章 太陽能光伏電池 ................................................... 8 太陽能光伏電池的概述以及工作原理 ................................ 8 太陽能光伏電池的特性 ............................................ 8 太陽能光伏電池的分類 ........................................... 10 第三章 太陽能 1kW 照明系統(tǒng) 設(shè)計 .......................................... 12 太陽能照明系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)及其 工作原理 ............................... 12 系統(tǒng)設(shè)計 ....................................................... 14 控制 系統(tǒng)設(shè)計 ............................................ 14 太陽能電池設(shè)計 .......................................... 16 蓄電池 .................................................. 18 燈具選擇 ....................................................... 22 各種燈具的特性比較 ...................................... 22 LED 燈的特點 ............................................ 23 第四章 太陽能 1kW 照明系統(tǒng) 安裝設(shè)計 ...................................... 25 太陽能 LED 照明系統(tǒng)選