具有民族特色的太阳能路灯设计

具有民族特色的太阳能路灯设计
1。太阳能电池板简介太阳能是一种无污染的清洁能源。这种能源的使用不存环境保护和生态破坏因素,是一种真正的绿色能源。为此,人类一直致力于太阳能的开发和应用,其中太阳能转化为电能是太阳能利用的一个重要方面。
1.1光伏效应——光伏电池的原理早1839年,法国物理学家贝克勒尔就首次发现了“光伏”效应,即光呼叫现象。通过科技界的努力,人们发现半导体pn结能阳光下产生电流,且效率高,因此所谓的太阳能光伏电池,即半导体光电池,诞生了光伏器件,并进入了工业化时代,目前太阳能的利用已进入商业化阶段。
半导体光伏器件是基于当太阳光光子进入半导体p型区时,能量大于带隙的光子被半导体材料吸收,并激发光生拦截器。P区的电子扩散到PN结,并被内置电场拉到N区。同样,N区产生的光生空穴被拉到P区,使得大量光生电子和光生空穴的积累形成光生电动势(即开路电压)。当P极和N极两端有回路时,会产生光生电流,这是光伏电池的基本工作原理。光生电动势的开路电压可以表示为:
VO=β*k*t/[e*inie/(IO+1)](1)
e是电荷量,其中IO是PN结的反向饱和电流,IE是光伏电池的电流。当PN结两端短路时,ie=ISE为短路电流。
1.2太阳能电池板的电压和电流组成目前,商用太阳能电池分为单晶硅和多晶硅。光电转换效率12%到15%之间。峰值日照时太阳向地球辐射的光能约为1kW/m2,产生1kW电能,太阳能电池板面积约为1m2/0.12=8.3m2。
太阳能电池的基本组件是0.5V功率的电池。18V面板可由36个18V/0.5V电池组成,通过将电池电阻连接到所需值,即可获得输出电流。
2。民族特色太阳能路灯设计规则
2.1具有民族特色的太阳能路灯照明系统组成。它是一种自循环照明系统,白天发电,晚上发电。它包括:
(1)太阳能板-用于将太阳能转换为电能;
(2)电池-用于存储转换后的电能;
(3)充放电管理器-控制电池的充放电;
(4)灯(光源)-夜间照明的光源;
(5)灯柱和支架-用于合适的道路。
五部分。
图1离网太阳能路灯组成示意图系统基于以下要求:
(1)灯具功率(光源功率+失电功率);
(2)灯具连续工作时间(日/小时);
(3)连续无光时间(雨天);
(4)蓄电池浮充放电特性(或容量百分比);
(5)灯具使用区域的平均峰值日照时间(小时)。
注:灯具功率由国家道路照明设计标准确定。
2.2.1灯具光源功率的测定以道路照明灯具为例,根据光场面积s(M2)、平均照度e(或平均亮度L)、功率密度LPD等要求,通过计算光通量Φ,计算光源功率,选择发光效率满足LM/W的led作为光源,确定光源功率PD。
本项目用电要求计算:
s=9m(道路单侧宽度)*300m(道路长度)/9(单侧安装灯具数量)
e=10lx,s=300m2,采用“道路单侧宽度)*300m(道路长度)/9(单侧安装灯具数量)”的方法。
e=10lx,s=300平方米?=对于80lm/W的LED灯,灯具的功率可按以下公式计算:
PD=Φ/?=(E*s)/?=(300m2*10lx)/(80lm/W)
PD=37.5W
考虑到使用6年后70%-80%的光衰减,则灯具功率为
PL=37.5W/0.8=46.8w
圆形PL=50W
2.2.2确定灯具功率后太阳能电池组件功率P(so)和电压Vo(so)
,需核对灯区气象资料,求出太阳平均峰值日照时间T1和灯亮时间T2,确定充电损耗系数ρ1,太阳能电池板功率P(so):
P(so)=(PL*T2*ρ1)/T1
本工程设计计算:
PL=50W,T2=10h,T1=4.5,ρ=1.5-2,则:
P(so)=(50W*10h*1.5)/4.5H=166w
如果电池使用12V,则太阳能电池的工作电压Vo(so)为18V,此时工作电流I(so)=200W/18V=11.12a。
T1=4.5H,即长江中下游地区的日照系数。
2.2.3蓄电池组的确定
确定灯具和太阳能电池板的设计要求后,即可设计确定储能电池的容量,即计算出伏安小时:
eh(ah)=(PL*T2*ρ2*T3)/ve
式中:eh——电池容量(ah)
T3---连续雨天,
ρ2---放电损耗系数1.5-2,
ve---电池电压。
本项目试验表明:
eh(ah)=(50W*10h*1.5*5day)/12V=312ah
12V,可选用320ah--360ah胶体铅酸蓄电池。
2.2.4控制器要求太阳能LED路灯电路设计中,控制器是关键部件,并要求控制器实现以下功能:
(1)开关灯控制:根据太阳能电池板上太阳光的照度设置开关灯的自动控制电路;
(2)亮度调节:灯亮时,时间为5小时
(3)过充保护:当电池电量足够时,控制充电电流,保持充电电流值。当电池电量低时,充电电流达到最大值,并随着电量的增加而减小,并提供过充电保护。
(4)欠压保护:当电池放电到允许的最小容量时,控制器关闭光源电源电路,具有过放电保护功能。
2.2.5蓄电池保护要求对于大容量铅酸蓄电池,为了延长其使用寿命(12年),不允许过度充放电,即应处于浮充放电状态,即充放电功率30%-40%范围内总容量,由充放电控制器管理。
50W,12V灯具每天工作10h的功耗为:
(50W/12)*10*1.5=62.5ah
日充电容量为:
(180W/18V)*4.5H=45ah
以上充放电容量小于总容量的20%,处于浮充放电状态,电池寿命可以保证。即使阴雨5天,流量为62.5*5=312.5ah≤320ah,但此后恢复时间较长。幸运的是,控制器通常会把灯打开5小时,灯的功率会减少一半。(1) 灯功率:50W
(2)照明时间:10h
(3)连续雨天:5天
(4)太阳能电池功率:180W--200W/18V
(5)电池容量:12V,320ah-360ah
(6)控制器功能:根据白天亮度选择定时灯开关时间7-10h;定时灯亮度可调。
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