【正文】 8 15333 14194 拉薩 248。+2 10304 10392 貴陽(yáng) 248。） 斜面日均輻射 量 /（ kJ/m2） 日輻射量 Ht /（ kJ/m2） 南寧 248。/（ 186。+6 11589 11377 廣州 248。+7 14558 13332 武漢 248。+4 12451 12021 濟(jì)南 248。+3 12372 11668 南昌 248。+5 14207 13099 合肥 248。+14 12952 12781 上海 248。+8 15842 14966 銀川 248。+12 16594 14464 西寧 248。+3 20215 16574 太原 248。+4 18035 15261 天津 248。+1 17127 13572 沈陽(yáng) 248。） 斜面日均輻射 量 /（ kJ/m2） 日輻射量 Ht /（ kJ/m2） 哈爾濱 248。/（ 186。在論文完成之際，謹(jǐn)向老師表示最衷心的感謝和最誠(chéng)摯的敬意 。老師淵博的學(xué)識(shí) 、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 、 豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 、 高尚的品德使我終身受益 。 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 32 致 謝 本論文 的設(shè)計(jì) 是在 張海麗老師 悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的 。 目前市 場(chǎng)上 的 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)基本 上 都是獨(dú)立的光伏發(fā)電照明系統(tǒng) ， 每個(gè)照明系統(tǒng)之間相互獨(dú)立 ， 無(wú)法實(shí)時(shí)觀測(cè)所有照明設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 。 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與獨(dú)立光伏系統(tǒng)相比 ， 需要解決新的問(wèn)題 ， 如對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償 、 功率因素的校正 、 孤島效應(yīng)的解決等 。 深夜后 ， 對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行半功率調(diào)節(jié) ， 進(jìn)一步節(jié)約能源 。 本文研究了太陽(yáng)能電池板 、 鉛蓄電池 、控制器、 LED 燈具的特性 ， 并 設(shè)計(jì)了 太陽(yáng)能 1kW 照明系統(tǒng) 。 燈桿預(yù)埋件 優(yōu)質(zhì)圓鋼 燈桿材料 優(yōu)質(zhì)冷軋薄鋼 燈桿 基礎(chǔ) C25混凝土澆筑 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 30 太陽(yáng)能 LED 燈安裝圖 太陽(yáng)能電池板L E D 燈組件支架燈柱燈柱3 0 米2 8 米0 . 6 米 圖 太陽(yáng)能 LED照明系統(tǒng)安裝框架圖 太陽(yáng)能電池版蓄 電 池 組充 電 控 制 器L E D 燈熔 絲 圖 太陽(yáng)能 LED照明系統(tǒng)接線圖 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 31 總 結(jié) 隨著能源危機(jī)的加劇 ， 新能源的應(yīng)用日趨重要與緊迫 。 表 電氣系統(tǒng)參數(shù) 表 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù) 設(shè)計(jì)光源 50W 高亮度LED 路燈 設(shè)計(jì)光源 50W 高亮度LED 路燈 光通量 80lm/W 單塊晶體硅太陽(yáng)能電池 12V/135W 光色 暖白色 單節(jié)免維護(hù)鉛酸蓄電池規(guī)格 12V/2021A178。 本設(shè)計(jì)需要 50W 高亮度 LED 路燈 20 個(gè)，多晶硅太陽(yáng)能電池 30 塊， 控密封鉛酸 蓄電池 4 個(gè)。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)得： )(21210 )60t a n15( 222 mRS ????????? ? )( 21215E WKU SF r ??? ???? ?? ?光源功率 型號(hào) 20NL 負(fù)載再次接通電壓 額定電壓 12/24V 自動(dòng)識(shí)別 溫度補(bǔ)償系數(shù) 4mV/cell*K 額定充電電流 20A 自消耗電流 4mA 額定負(fù)載電流 20A 尺寸 8010032mm 強(qiáng)充電壓 25℃ 重量 180gr 均衡充電壓 25℃ 工作溫度范圍 20~+50℃ 深度放電保護(hù)電壓 據(jù)電池容量控制，防護(hù)等級(jí) IP22 最大線徑 16mm2（ AWG6） 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 29 式中， Er 為平均照明度（ lx)； UF 為光通量利用系數(shù)， LED 燈具取值 ； K 為燈具維護(hù)系數(shù)， LED 燈具取值 ； S 為照明面積（ ㎡ ）； η為光效， LED 燈具取值 80lm。安裝一盞 LED 燈，共 20 盞， 燈桿高 16m，光源高 15m，燈具的最大光強(qiáng)投射方向和垂線交角為 60186。 20NL 控制器的規(guī)格參數(shù)如表 所示： 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 28 表 20NL控制器的規(guī)格參數(shù) 4. LED 燈選擇 本設(shè)計(jì)選用兩個(gè)大燈桿，如圖 所示，每個(gè)燈桿上每間隔弧度 36186。 NL 控制器具有一組可編程的路燈控制模式，當(dāng)黃昏來(lái)臨，在一定延時(shí)后，負(fù)載端自動(dòng)打開(kāi)。用戶還可以自己選擇，由蓄電池容量（ SOC）還是蓄電池電壓來(lái)控制深度放電保護(hù)功能。 負(fù)載負(fù)載太陽(yáng)能電池方陣檢 測(cè) 控制 電 路檢 測(cè) 控制 電 路蓄電池組D 1D 2開(kāi)關(guān)器件T 1開(kāi) 關(guān) 器 件 T 2B X 圖 蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路圖 本設(shè)計(jì)選用南京夏華電子 NL系列控制器，該系列產(chǎn)品電子線路配備了性能優(yōu)良的單片機(jī)微處理芯片，具有高效率充電、五個(gè) LED 全功能顯示、蜂鳴器聲音預(yù)警及可編程的路燈控制模式等功能。 D2 為“防反接二極管”，當(dāng)蓄電池組極性接反時(shí)， D2 導(dǎo)通，蓄電池組通過(guò) D2 短路放電，產(chǎn)生很大的電流將熔絲 BX 快速燒斷，起到“防蓄電池極性反接保護(hù)”的作用。 開(kāi)關(guān)器件 T2 為蓄電池組的放電控制開(kāi)關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路或過(guò)載時(shí)，線路電流遠(yuǎn) 大于額定電流，開(kāi)關(guān)器件 T2 關(guān)斷，有“輸出過(guò)載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”的作用。 圖 所示是一個(gè)典型的蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)電路，在太陽(yáng)能電池方陣的輸出端并聯(lián)一個(gè)開(kāi) 關(guān)器件 T1，當(dāng)蓄電池組的電壓大于“充滿斷開(kāi)電壓”時(shí)，接通開(kāi)關(guān)器件 T1，同時(shí)“防反充電二極管” D1 截止，太陽(yáng)能電池方陣與開(kāi)關(guān)器件 T1 構(gòu)成回路，這樣太陽(yáng)能電池方陣產(chǎn)生的電流直接在開(kāi)關(guān)器件 T1 上消耗泄放，不再對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)“過(guò)充電保護(hù)”的作用。型號(hào) GFM2021，電壓為 12V， 2021A178。根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)太陽(yáng)能電池組件能承受 2400Pa 風(fēng)載荷，所以組件本身完全可以承受 27m/s 的風(fēng)速而不會(huì)損壞。 3%，降低了組件間電性能不匹配造成的系統(tǒng)損失；（ 3）組件采用陽(yáng)極氧化鋁邊框 ，堅(jiān)固耐用且有效防腐；（ 4）組件整體通過(guò)了2400Pa 風(fēng)載荷的機(jī)械測(cè)試，保證了穩(wěn)定的機(jī)械壽命；（ 5）優(yōu)化的包裝設(shè)計(jì)，運(yùn)輸安全；（ 6）產(chǎn)品體積小， 重量輕，適用于小型獨(dú)立系統(tǒng)；（ 7）通過(guò)了 ISO9001： 202 ISO14001： 2021 和 BS OHSAS18001： 2021 認(rèn)證。采用的 LED 燈是50W，每天從晚上 7 點(diǎn)開(kāi)始至第二天早上 6 點(diǎn)照明，采用前 5 個(gè)小時(shí)全功率放電，后 6 個(gè)小時(shí)半功率放電。 直流供電 ，無(wú)需逆變器。 安全 性高 。 LED 燈通過(guò)二次光學(xué)設(shè)計(jì)，使得燈的光線投射到 地 面形成一塊矩形光斑，幾乎沒(méi)有散射的眩光，且光場(chǎng)區(qū)亮度分布均勻，光線柔和 。 可根據(jù)時(shí)間和外部環(huán)境調(diào)節(jié) LED 路燈功率 ， 提高節(jié)能 性能 。 能夠?qū)崿F(xiàn)較為完美的調(diào)光功能 。 因此， 在偏遠(yuǎn)地區(qū) ，使用太陽(yáng)能 LED 照明系統(tǒng) ， 從長(zhǎng)遠(yuǎn)效益來(lái)講是非常經(jīng)濟(jì)的。 壽命長(zhǎng) ，運(yùn)行成本低 。一個(gè) 12 瓦左右的 LED 燈發(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)。 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 24 高 節(jié)能。 LED 燈有以下特點(diǎn)： 圖 太陽(yáng)能 LED 燈 光效高 。LED 光源是一款多功能、環(huán)保節(jié)能型光源，各種場(chǎng)合的照明都 適合使用。目前針對(duì)太陽(yáng)能照明專用的光源較少，為了有效地減少能量的損失，盡量選擇直流光源，如 LED 燈。 h 蓄電池 4個(gè)。 h 的全閉閥控式鉛酸蓄電池，并聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)為： 22021 ??? Bb BN 因?yàn)樾铍姵卦O(shè)計(jì)時(shí)容量已經(jīng)設(shè)計(jì)得足夠大，所以并聯(lián)數(shù)目可以取整數(shù) 2。如圖 所示，為蓄電池組實(shí)物圖。 （ 4）計(jì)算串聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)： Bc UUN ? （ 3 – 8） 式中， NC 為需要串聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)； UB 為選擇的蓄電池的標(biāo)稱電壓。 （ 2）系統(tǒng)每天消耗的總能量： ii ihPQ ?? （ 3 – 6） 式中， Pi 為某一時(shí)段的功耗； hi 為某 一時(shí)間段工作的時(shí)間。一般來(lái)講，并聯(lián)的蓄電池?cái)?shù)目不要超過(guò) 4 組。而為了滿足系統(tǒng)所需的蓄電池容量，我們也要將蓄電池并聯(lián)起來(lái)。通常情況下可以將安裝地的最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為蓄電池的自給天數(shù)，對(duì)于一些情況如偏遠(yuǎn)地區(qū)，自給天數(shù)可設(shè)大點(diǎn)。整個(gè)蓄電池的反應(yīng)可由以下方程式表示： 陽(yáng)極反應(yīng) PbO2+3H++HSO4 +2e ≒ PbSO4+2H2O 陰極反應(yīng) Pb+HSO4 ≒ PbSO4+2H+ +2e 圖 鉛酸蓄電池 的結(jié)構(gòu)圖 為了保證負(fù)載在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下仍可以正常工作，我們必須對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行配置。 典型的鉛酸電池是由正、負(fù)極板，電解液和電解槽組成，正極的活性物質(zhì)是二氧化鉛（ PbO2），負(fù)極電池種類 電解質(zhì) 能量密度 /（ Wh/㎏ ） 效率 η /％ 壽命 a 使用周期 /cycles 操作溫度范圍 充電 /℃ 放電 /℃ 鉛酸電池 H2SO4 20～ 40 8～ 90 3～ 20 250～ 500 40～ 40 15～ 50 鎳 鎘電池 KOH 30～ 50 60～ 70 3～ 25 300～ 700 20～ 50 45～ 50 鎳氫電池 KOH 40～ 90 80～ 90 2～ 5 300～ 600 0～ 45 20～ 60 鋰電池 有機(jī) 90～ 150 90～ 95 — 500～ 1000 0～ 40 20～ 60 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 20 的活 性物質(zhì)是金屬鉛（ Pb），電解液為稀釋的硫酸（ H2SO4）。因?yàn)殂U酸蓄電池具有價(jià)格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，能夠用于大電流放電以及環(huán)境溫度范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選用鉛酸蓄電池。表 是各種蓄電池的特性比較。因此，蓄電池 作為太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，白天將太陽(yáng)能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明負(fù)載 。 在光伏系統(tǒng)中，常見(jiàn)的蓄電池有： 鉛酸 蓄 電池 、 鎳鎘 蓄 電池 、 鎳氫 蓄 電池 、 鋰電池 、燃料蓄電池以及超級(jí)電容等。蓄電池按其電解液的不同，一般可分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類。 h/m2，采用 12V135W 太陽(yáng)能電池方陣，其峰值電流為，由公式（ 3 – 3）得標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)： ）（ hHHT t ??? 所以太陽(yáng)能方陣的輸出為： ）（ hATIQ s ????? a x 負(fù)載功率 1kW，每天從晚上 7 點(diǎn)開(kāi)始至第二天早上 6 點(diǎn)照明，采用前 5 個(gè)小時(shí)全功率放電，后 6 個(gè)小時(shí)半功率放電，則負(fù)載一天的功耗 Q 為： )(3336245005241000Q hA ?????? 蓄電池的庫(kù)侖效率取 ，太陽(yáng)能電池方陣的輸出效率衰減因子為 ，并聯(lián)的太陽(yáng)能電池組件數(shù)： 333N ????? SSCp ?? 串聯(lián)的太陽(yáng)能電池組件數(shù)： 21224 ??? Ss UUN 所以本設(shè)計(jì)需要 12V135W 太陽(yáng)能電池方陣 30 塊，其中每 2 塊組成串聯(lián)，串聯(lián)后的15 塊電池組并聯(lián)在一起。 圖 太陽(yáng)能電池方陣實(shí)物圖 太陽(yáng)能照明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 18