【正文】 投資中的比例正在逐漸增加。其設(shè)計步驟按圖所示進(jìn)行確定負(fù)載功率確定蓄電池容量計算日輻照量決定方陣傾角角角估算方陣電流確定方陣功率決定方陣電壓確定最佳電流列出基本數(shù)據(jù)圖 光伏系統(tǒng)發(fā)電量的設(shè)計步驟 負(fù)載的計算負(fù)載數(shù)量功率(W)工作時間(h/day.)LED燈源1509 每天負(fù)載用電量=50=450 蓄電池容量的計算設(shè)計一個完善的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要考慮很多因素，進(jìn)行多種計算。第三章 50W LED太陽能路燈系統(tǒng)的計算光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計的主要目的就是計算出來系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需要的太陽能電池組件和和蓄電池的數(shù)量，同時要注意協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的最大可靠性的基礎(chǔ)上盡量減少成本。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燈的開啟時間，系統(tǒng)會根據(jù)DIP1～DIP4的設(shè)定組合來控制LED路燈工作在5min～12h的時間范圍內(nèi)。為了達(dá)到節(jié)能的目的，LED的恒定電流值會根據(jù)系統(tǒng)檢測的環(huán)境光強度來調(diào)整。 蓄電池給LED供電當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境太陽光線不足時，就會進(jìn)入蓄電池給LED供電模式。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。具體充電模式見表1所示。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。當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境太陽光線充足時，控制器就會進(jìn)入充電模式。充放電控制器的功能主要有兩個，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。因此，必須研究和設(shè)計性能優(yōu)良的光伏控制器，才能更有效的利用太陽能。太陽能電池的伏安特性具有很強的非線性，即當(dāng)日照強度改變時，其開路電壓不會有太大的改變，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會隨時改變。使整個太陽能光伏系統(tǒng)高效，安全的運作。需要指出的是，2V 指的是單格電壓，如果串聯(lián)了3個單格，則電壓為6V，串聯(lián)了6個單格，電壓為12V； 反之，一個額定電壓為12V 的鉛酸電池必定串聯(lián)了6個單格，額定電壓為8V 的電池串聯(lián)了4個單格。其原理可通過下面的反應(yīng)方程式來表示：負(fù)極： Pb + H2SO4 → PbSO4 + 2H+ +2e 正極： PbO2 + H2SO4 + 2H+ +2e →PbSO4 + 2H2O 總反應(yīng)：Pb + PbO2 + 2H2SO4→ 2PbSO4 + 2H2O此反應(yīng)產(chǎn)生的電壓：E = E0 +（2RT/nF） 10Ln（aH SO4 /aH 2O）= + l0 Ln（aH SO4 /aH2O） 從此可以看出，當(dāng)aH SO4 /aH 2O=1 時，此反應(yīng)產(chǎn)生的電壓E = E0 =，這被稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鉛酸電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢。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（Pb2+），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個電子（2e）。它具有能釋放能量又有能儲存能量，它能把其它能量轉(zhuǎn)換為電能儲存起來。一般由正極板、負(fù)極板、隔板、電池槽、電解液和接線端子等部分組成。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補充蒸餾水。蓄電池可分為：酸性蓄電池和堿性蓄電池。此外，無論在任何溫度和日照強度下，太陽能電池總有一個最大功率點，溫度(或日照強度)不同，最大功率點位置也不同。 太陽能電池板組件構(gòu)成(1)鋼化玻璃 （2）EVA （3）太陽能電池片（4）背板 （5）接線盒 （6）鋁合金邊框 影響太陽能電池輸出的因素 日照強度和溫度是影響電池輸出的重要因素，如圖2．圖210所示。在不同角度傾斜面上，太陽輻照量差別較大，要為電池板選擇合適的傾角使其能獲得最大的太陽輻照量[9]。關(guān)于太陽能電池組件最佳傾角問題的探討，近年來在一些學(xué)術(shù)刊物上出現(xiàn)得不少。太陽能電池陣列額定功率的單位為“峰瓦”，記以“Wp”。廣泛應(yīng)用于太陽能照明、燈具、戶用供電、公路交通、建筑及光伏電站等領(lǐng)域 太陽能電池組件 太陽能電池陣列的伏安特性具有強烈的非線性。一個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。另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過P－N結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。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，而P區(qū)中的電子往N 區(qū)移動，從而形成從N 區(qū)到P 區(qū)的電流。N 區(qū)的電子會擴散到P 區(qū)，P 區(qū)的空穴會擴散到N 區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴散進(jìn)行。 當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層)，界面的P 型一側(cè) 帶負(fù)電，N 型一側(cè) 帶正電。實心的為磷原子核，小的為多余的電子。而實心的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的空心的空穴，這個空穴因為沒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。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，硅晶體中就會存在著一個空穴。太陽能電池發(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)。目前光電轉(zhuǎn)換的效率，大約是光伏電池效率大約是單晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。只不過在二極管中，推動PN結(jié)空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動和影響PN結(jié)空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱。用單晶硅做成類似二極管中的PN結(jié)。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。我們這個太陽能設(shè)計采用的是50w的LED燈。 將多個LED集中在一起設(shè)計道路照明，除足夠的光通量和合理的光學(xué)設(shè)計保證合理的光分布外，更為重要的是散熱問題。選用美國CREE公司的3 W LED將多個芯片集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發(fā)光源，組合成一個大功率LED單體模塊，裝入路燈燈具中，借此提高芯片面積，并增加發(fā)光量。已批量應(yīng)用的有1 W和3 W LED，并正朝大電流(300 mA～1．4 A)、高效率(60～1 204 lm／W)、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。發(fā)光二極管(LightEmittingDiode，簡稱為LED)是基于半導(dǎo)體PN結(jié)形成的用微弱的電能就能發(fā)光的高效固態(tài)光源，在一定的正向偏置電壓和注入電流下，注入P區(qū)的空穴和注入N區(qū)的按目前市場產(chǎn)品的輸入功率對LED分類．其中輸入功率為幾十mW的，稱為傳統(tǒng)的小功率芯片；其輸入功率小于1 W的，為功率LED；輸入功率等于1 W或大于1 W的，則為W級功率(大功率)LED。 LED路燈的特點與應(yīng)用優(yōu)勢LED路燈與常規(guī)高壓鈉燈路燈不同的是，大功率LED路燈的光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型高藍(lán)光LED與黃光熒光粉合成的高效白光二極管，具有高效、安全、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)速度快、顯色指數(shù)高等獨特優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于城市道路照明。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好，大功率LED， 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)圖發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為pn結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型[1]半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 傳統(tǒng)高壓鈉路燈燈具（左）和LED路燈燈具（右） LED的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。. LED路燈的定義即半導(dǎo)體照明燈，以發(fā)光二極管作為光源，因其是一種固態(tài)冷光源，具有環(huán)保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點，做成的LED路燈。鋁合金燈桿，高強度鋁合金制造，不僅人性化地保護(hù)了人員安全，而且強度高，不需要任何表面處理也有超過50年的耐腐蝕性，而且非常美觀。否則遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到。第二章 LED路燈系統(tǒng)設(shè)備介紹 燈桿路燈燈桿即安裝在路旁按道路照明用的用以支撐燈具的桿子。 led路燈設(shè)計要求假設(shè)沈陽工程學(xué)院某道路的LED路燈配置在次干道，選低檔值Eav=10 lx，路面實際寬度Ws為8m，人行道為1m，單側(cè)排列，要求路燈每天工作9h,保證連續(xù)5個陰雨天能正常工作。分析負(fù)載類型和功耗，包括直流負(fù)載、交流負(fù)載（阻性負(fù)載、感性負(fù)載）功率，運行時間等。 本次設(shè)計的主要思路為，查找沈陽當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，利用PVsyst軟件模擬當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，包括包括地理緯度、年平均總輻射量、平均氣溫及極端氣溫等。若是當(dāng)?shù)赜袊覙?biāo)準(zhǔn)我們以國家標(biāo)準(zhǔn)為主。氣象資料一般無法做出長期預(yù)測，只能以過去10年到20年的平均值作為依據(jù)。 （3）另外還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓赓Y源情況。對于照明系統(tǒng)設(shè)計一般我們需要考慮以下幾個問題： （1）從功能上,道路照明系統(tǒng)的主要功能是保證交通安全，提高交通運輸效率、保障人身安全、提供舒適環(huán)境、提升工廠形象。對系統(tǒng)設(shè)計者來說，在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計過程中做出的每個決定都會影響造價。充放電控制器的主要作用是天黑時自動開燈；天亮?xí)r自動關(guān)燈；在蓄電池電量不足時，自動斷開負(fù)載，防止蓄電池過放電；并有短路保護(hù)、反接保護(hù)等。 太陽能路燈照明系統(tǒng)工作原理介紹 ，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)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當(dāng)照度逐漸降低至10lux左右、充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。 太陽能電池組件一般選用單晶硅或者多晶硅太陽能電池組件；LED燈頭一般選用大功率LED光源；控制器一般放置在燈桿內(nèi)，具有光控、時控制、過充過放保護(hù)及反接保護(hù)，更高級的控制器更具備四季調(diào)整亮燈時間功能、半功率功能、智能充放電功能等；蓄電池一般放置于地下或則會有專門的蓄電池保溫箱，可采用閥控式鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鐵鋁蓄電池或者鋰電池等。沈陽工程學(xué)院(位于道義開發(fā)區(qū))的(19611990)年平均基本氣候資料表3 道義開發(fā)區(qū)的年平均基本氣候資料(19611990)月水平輻射mWh/cm178。春秋兩季氣溫變化迅速，持續(xù)時間短：春季多風(fēng)，秋季晴朗。受季風(fēng)影響，降水集中在夏季，溫差較大，四季分明。屬于溫帶季風(fēng)氣候，～℃，自1951年有完整的記錄以來，℃（1952年7月18日），℃（2001年1月15日），℃（沈北新區(qū)2001年1月11日）；℃（1920年）的高溫，℃（1950年）的低溫。5創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識；