光伏發(fā)電太陽能節(jié)能環(huán)保智能控制論文

1、摘 要 本文介紹一種基于光伏發(fā)電的太陽能照明系統(tǒng)的設(shè)計。這個設(shè)計闡述了太陽能路燈與普通路燈的區(qū)別，從中了解到太陽能照明的優(yōu)勢。太陽能是一種潛力無限的清潔、高效而且可持續(xù)的可再生能源，是全人類節(jié)能環(huán)保的首選。本文還對太陽能路燈照明的太陽能電池，蓄電池，支架等各方面作了一個詳細的分析，比較，再根據(jù)光伏發(fā)電的原理特性，系統(tǒng)采用了智能化控制器，對智能控制器編程序，使得程序可以滿足太陽能 LED路燈的自動蓄電，自動照明，自動熄滅等一系列工作過程，使太陽能照明更加智能化。最后，本文還舉出例子，對現(xiàn)在正使用的太陽能路燈進行了分析，研究，明確太陽能發(fā)展的趨勢及前景。 關(guān)鍵字：光伏發(fā)電；太陽能；節(jié)能環(huán)保；智能控

2、制 目 錄1 緒 論 . 1 1.1 太陽能照明的節(jié)能優(yōu)點 . 1 1.2 太陽能照明是發(fā)展的趨勢 . 2 1.3 太陽能路燈與普通路燈相比較 . 32 太陽能路燈設(shè)計思路 . 63 太陽能路燈的組成原理框圖及其工作原理 . 7 3.1 太陽能路燈的組成 . 7 3.2 太陽能路燈的工作原理 . 74 各部件的組成及工作原理 . 9 4.1 太陽能電池組件的組成及其工作原理 . 9 4.2 蓄電池的組成及工作原理 . 11 4.3 電源控制器的組成及工作原理 . 13 4.4 光源的選擇 . 16 4.5 各數(shù)據(jù)計算 . 175 太陽能路燈的實際應用 . 19結(jié) 論 . 20參 考 文 獻 .

3、 21致 謝 . 22 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 1 緒 論1.1 太陽能照明的節(jié)能優(yōu)點 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。同時，使用太陽能也是一個明智的財務選擇。如果使用太陽能電池板為您的住宅供電，在收到每個月的電費單時，您就能體會到這一點。另外，太陽能是環(huán)保的選擇如果您知道使用太陽能將為您的孩子留下一個更環(huán)保的美好世界，您一定會感到自豪。 如今，全球的光伏 Photovoltaic PV 太陽能供不應求，是增長最快的可再生能源之一。隨著制造工藝的高效化，光伏系統(tǒng)的成本將繼續(xù)下降。如今，光伏系統(tǒng)的價格已經(jīng)是 20 年前

4、的 1/25。即使是商業(yè)電力公司，也正在尋求通過利用太陽能來構(gòu)建更為穩(wěn)定的成本結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，太陽能在北方的氣候條件下更為有效。在加利福尼亞州，電費每年上漲 6.7。太陽能則可以用來預防未來電費的居高不下。在許多國家，您可以將富余電力賣給電力公司，沖抵您的電費。與高成本的化石燃料污染和全球溫室效應相比，太陽能不僅使用范圍廣，而且更經(jīng)濟。在近期的民意調(diào)查中，當受訪對象被問及哪類能源最適合子孫后代時，太陽能的得分高出所有其它能源。光伏系統(tǒng)在提供電力的同時，不會排放二氧化碳 。一塊光伏組件在 25 年的有效使用期內(nèi)，可減少約 7.5噸的碳排放量。 隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國的照明用電將大幅度提高，綠色節(jié)

5、能照明的研究應用，將越來越受到重視。太陽能 LED 照明燈具作為冷光源產(chǎn)品，具有性價比較高、綠色環(huán)保、安全可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、使用壽命長、安裝維護簡便等特點，可廣泛應用于綠地照明、公路照明、廣告燈箱照明、城市造型景觀照明及家居照明系統(tǒng)，但太陽能 LED 照明燈具一次性投入較高是其發(fā)展的瓶頸。 目前，照明消耗約占整個電力消耗的 20左右，降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑。為實現(xiàn)這一目標，業(yè)界已研究開發(fā)出多種節(jié)能照明器具，并取得了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還較遠，開發(fā)和應用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 到 2006 年底，我國可再生能源利用量

6、總計為 2 億噸標準煤不包括傳統(tǒng)方式利用生物質(zhì)能，約占 0.5 個百分點，為 2010 年實現(xiàn)可再生能源占全國一次能源消費總量 10的目標邁出了堅實的一步。目前，我國正在從以下幾個方面來推動光伏發(fā)電的國內(nèi)市場發(fā)展：一、啟動送電到村工程二、在特殊工程上運用光伏發(fā)電，如世博會、奧運會等三、在沙漠地區(qū)建光伏電站四、動員一些城市啟動屋頂計劃五、研究制定提高光伏發(fā)電競爭力的電價政策光伏產(chǎn)品 90的出口以及國內(nèi)市場的缺失，都可能限制中國光伏產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展。一旦國外光伏產(chǎn)業(yè)政策有變或者為保護本國產(chǎn)業(yè)采取限制進口的措施，中國近年來大量上馬的光伏項目將面臨困境。1.2 太陽能照明是發(fā)展的趨勢 近幾年來，全球太陽

7、能電池產(chǎn)量增加了 400以上，中國更是猛增了近 80 倍，成為全球第一太陽能能電池生產(chǎn)大國。結(jié)合我國照明技術(shù)和優(yōu)勢，形成一個全新的技術(shù)領(lǐng)域-太陽能光伏照明，是我國科技進步和社會發(fā)展的必然。 我國太陽能光伏照明行業(yè)已形成了研發(fā)單位和生產(chǎn)企業(yè) 2000 多家、從業(yè)人員近 10萬的隊伍，太陽能光伏照明裝置憑借其節(jié)能、環(huán)保、無需布線、自動控制、可隨時變換位置等優(yōu)點，已建立起重要的地位，各種應用產(chǎn)品已呈遍地開花之勢。以北京“亮起來”工程為代表的太陽能光伏照明裝置應用工作已在全國各地鋪開，太陽能光伏照明裝置已成為我國奧運會場館、城市和新農(nóng)村的以道風景。太陽能或風光互補路燈、庭院燈、草坪燈和太陽能裝飾燈、標

8、志燈、廣告燈等的應用逐漸形成規(guī)模，太陽能航標燈、信號標志燈已大規(guī)模應用。我國太陽能光伏照明應用已走在了世界的全列，某些裝置如太陽能草坪燈、太陽能手電筒已占世界銷量的 80以上。 開發(fā)利用太陽能光伏照明裝置，是執(zhí)行我國資源節(jié)約型社會、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展、改善生存環(huán)境等重大決策的主要舉措之一。我國光伏照明裝置應用已進入快速發(fā)展的重要時期，但是，由于太陽能光伏照明是新興行業(yè)，市場需求猛增，但技術(shù)不太成熟的照明，缺 規(guī)范、標準，特別是國家和行業(yè)標準的制定邂逅于市場發(fā)展，至使目前產(chǎn)品規(guī)格混亂，質(zhì)量參差不齊，時有用戶不良反應，市場初現(xiàn)無序狀態(tài)，有礙行業(yè)的健康發(fā)展。 由于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的獨特優(yōu)點，太陽

9、能電池進入實用階段不久就被應用在照明領(lǐng)域。在我國早在 20 世紀 70 年代初天陽能電池就被應用在航標燈上，當時在天津港安裝了太陽能航標燈。緊接著，為了解決無電區(qū)的照明問題，太陽能就越來越多的出現(xiàn)。 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文在我國南方，出現(xiàn)了太陽燈割膠燈以及其他許多太陽能照明燈。 近幾年來，由于太陽能電池產(chǎn)量的大幅度增加以及我國改革開放以來國民經(jīng)濟實力的提高，太陽能照明燈具開始進入我們的生活；西部光明工程、太陽能路燈、太陽能家 。，在美化生活的同時還給人庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能景觀燈、太陽能工藝燈。們帶來了意外的驚喜：太陽能照明時代要到來了。 大量試驗表明，太陽能燈具和普通燈具對比分析

10、后得出：在滿足同樣照明要求的條件下，兩種不同的供電方式，太陽能燈成本比普通燈具要高；如果將投入工程的施工費用計入整個工程，則兩種燈具在初始投資時造價相當。工程越大，普通燈具的工程施工費用越高，其初始投入大于太陽能燈具。使用時間越長，越能彰顯太陽能燈具的實惠。如果把人力、物力計算在內(nèi)，普通燈具的輔助費用與維護費用都將比預算的高。在后續(xù)的使用費用上（電費、維護費用等），太陽能燈具的優(yōu)勢更明顯。“如果在全國推廣使用 3 億只太陽能燈，其節(jié)能效果相當于新建一個三峽工程”。 據(jù)了解，太陽能的優(yōu)點已被越來越多的人所接受。作為太陽能應用的系列產(chǎn)品之一，太陽能燈具一直是各方研究和關(guān)注的焦點。在已有技術(shù)基礎(chǔ)上，

11、技術(shù)人員與廠商集思廣益，在諸多方面取得了突破性進展，為太陽能燈最終走向千家萬戶打下了堅實基礎(chǔ)。專家預測，太陽能照明在未來十年后將會普及，成為未來照明行業(yè)發(fā)展趨勢。1.3 太陽能路燈與普通路燈相比較 隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽能逐漸被開發(fā)利用，并已成為最有發(fā)展前景的環(huán)保能源之一，太陽能照明就是利用太陽能最重要的途徑。太陽能照明路燈采用高效單晶硅太陽能電池供電采用免維護密封型蓄電池貯存電能用高效節(jié)能燈照明并采用先進的充放電和照明控制電路具有性質(zhì)可靠、發(fā)光效率高、亮度大、安裝方便、無需鋪設(shè)電纜電線，無需交流電能和電費，采用直流供電，光敏控制、安全可靠、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保，使用壽命長是未來戶外照明的發(fā)

12、展方向和照明燈具中的一枝新秀。 市電照明燈具安裝復雜：在市電照明燈具工程中有復雜的作業(yè)程序，首先要鋪設(shè)電纜，這里就要進行電纜溝的開挖、鋪設(shè)暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。然后進行長時間的安裝調(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雜、人工和輔助材料成本高昂。對比而言，太陽能照明綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分攤部分的費用。綜上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動控 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文制免維護等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設(shè)直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢。太陽能照

13、明燈具有體積小重量輕低能耗高光強防雷擊無須其它電源安全可靠安裝、維護方便等特點。太陽能照明燈可廣泛應用于：家庭別墅、單位花園、公園綠地、環(huán)保小區(qū)、房前路邊等戶外場所的照明。 一盞普通的路燈以 400W 光源、日工作 10 小時計，1 年平均耗電量是 1460 度電，還需要專人維護、更換燈泡；而太陽能路燈一般采用壽命長達 50000 小時以上的 LED 燈作為光源，日常無需增加消耗電量的費用開支。換個角度說，每裝一盞太陽能路燈，每年就可節(jié)省 1460 度電，十年可節(jié)省 14600 度。 1.大陽能路燈的造價其實不高，因其使用壽命長，比普通路燈更劃算 太陽能路燈其實并不貴。在很多人眼里，路燈的成本

14、不過是一根桿，一只燈泡。但是，事實上根本不是這樣子，一盞普通路燈除了這些成本，還有預埋地下的電纜申請和施工過程的費用，還可能影響、破壞周圍植被和景觀，日常需要專人定時維護、更換燈泡，同時每隔大約 1Km 要建一個升壓站（防止輸電線路過長，電壓降低過大，影響燈光亮度），分攤下來的成本每盞大約在 3 萬元左右，目前市政道路路燈的招標價格每盞一般也在 23.5 萬元之間。 而太陽能路燈的最大成本就是太陽能電池板，無需預埋輸電電纜及相關(guān)工程費用，一盞 812 米的太陽能路燈的造價一般在 1.83.5 萬元之間。這些太陽能路燈一般使用的光源是長壽命的 LED 燈或低壓鈉燈，使用的電壓都是絕對安全的直流低

15、電壓，采用光控、時控、全自動、無觸點電子開關(guān)，故障率極低，整體路燈使用壽命要長達 15 年。此外，路燈與路燈之間彼此獨立工作、互不干擾，可根據(jù)實際情況將某段時間設(shè)計成節(jié)能照明狀態(tài)，從而有效降低造價。只要設(shè)計合理，實際比普通路燈更劃算。 2.偷盜難，也不劃算，太陽能路燈燈桿一般都在 8 米高以上，偷盜電線不合算 近年來，由于銅以及其他金屬價格的上漲，偷盜路燈電纜成為一大治安問題。很多人擔心太陽能路燈采用的都是高新技術(shù)的材料，一旦被盜的損失會更高，持這種觀點的人不少，不僅僅有一些政府官員，連一些能源研究專家也認為這確實是一個問題。 小偷偷電線一般用剪或用絞輪拉，目的是為了獲得金屬銅謀取利益，而太陽

16、能路燈的內(nèi)部電線絕大部分都在燈桿里面且短而小，含銅量不如傳統(tǒng)路燈，加上燈桿較高，一般都在 8 米以上，要開著吊車才能將太陽能電池板和電纜快速盜走，被盜可能性比傳統(tǒng)路燈要低得多。如果小偷真的開著吊車來偷路燈了，那不知是什么天下了，應該不是偷 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文了而是搶了！那我們國家能有這么亂嗎？因此，偷盜太陽能路燈內(nèi)部電線是不合算的。 3.大陽能路燈的造價其實不高，因其使用壽命長，比普通路燈更劃算 1不受地理位置限制、無需消耗燃料，無機械轉(zhuǎn)動部件，建設(shè)周期短，規(guī)模大小隨意； 2安全可靠、無污染、無噪聲、環(huán)保美觀、故障率極低、壽命長； 3拆裝簡易、移動方便、工程安裝成本低，無需預埋架高輸

17、電線路，可免去遠距離敷設(shè)電纜時對植被和環(huán)境的破壞及其所需的工程費用； 4廣泛應用于道路照明上，非常適用于鄉(xiāng)村、農(nóng)場、山頭、海島、高速公路等輸電不便的偏僻地方。 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 2 太陽能路燈設(shè)計思路 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理相同，因而太陽能路燈的設(shè)計思路也可依據(jù)一般的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽電池組件的功率，然后計算蓄電池的容量。但太陽能路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設(shè)計時需要特別注意。 太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)

18、境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟不發(fā)達、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。 現(xiàn)本人想設(shè)計一個太陽能路燈的電路.白天充電靠太陽能電池吸收光能產(chǎn)生電能.而 LED 照明熄滅.夜晚 LED 點亮進行照明.并有電路保護電池不會過充過放。 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 3 太陽能路燈的組成原理框圖及其工作原理3.1 太陽能路燈的組成 太陽能路燈由太陽能電池組件、蓄電池、電源控制器、光源等組成。如圖 3.1 圖 3.1 太陽能原理方框 太陽能路燈技術(shù)特點是：具有特大功率，

19、光亮度相當于白熾燈 150W-250W 時，每天 8 小時照明，可在連續(xù)陰雨 9 天內(nèi)正常工作；應用了具有充放電保護功能、光敏自控裝置和時控裝置的光電智能控制器，使產(chǎn)品可有效地節(jié)約能源，增加有效照明時間，降低生產(chǎn)成本；中央控制器單元采用單片機控制，并在智能控制器中建立了全球不同緯度的全年日照時間數(shù)據(jù)。使用時在控制器中輸入所在地區(qū)緯度，調(diào)整好年、月、日和開/關(guān)機的時間，就能夠長年自動跟蹤環(huán)境光線；在大面積使用后，啟動和關(guān)閉的時差很小，從而比較好的克服了傳統(tǒng)太陽能燈因啟動時差過大而產(chǎn)生的種種弊端。3.2 太陽能路燈的工作原理 太陽能光伏發(fā)電是依靠太陽能電池組件，利用半導體材料的電子學特性，當太陽光

20、照射在半導體 PN 結(jié)上，由于 P-N 結(jié)勢壘區(qū)產(chǎn)生了較強的內(nèi)建靜電場，因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴或產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴散進勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場的作用下，各自向相反方向運動，離開勢壘區(qū)，結(jié)果使 P 區(qū)電勢升高，N 區(qū)電勢降低，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類，一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標準接口相連接，像一個 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文小型的發(fā)電廠另一類是獨立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系?襯誆啃緯傻緶貳縵低懲ü夥榻郵綻吹奶舴淠芰烤咂抵繃髯緩蟊涑篩哐怪繃韉紓姹淦髂姹浜笙虻繽涑鲇氳繽繆雇怠嗟惱醫(yī)渙韉緦

21、鰲懶椒縵低徹夥槭紫然嶠郵綻吹奶舴淠芰恐苯幼懷傻縋芄涸兀嚶嗄芰烤淶緲刂破骱笠曰艿男問醬嬖諦畹緋刂小滋斕氖焙潁裟艿緋匚仗艄庾幽懿縋埽ü刂破靼傻縋艽嬖諦畹緋乩錚幣鼓喚盜倩蛘叩憑咧芪墓愣冉系褪保畹緋贗ü刂破饗蜆庠垂縞瓚氖奔浜笄卸希庋涂梢哉彰髁恕?南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 4 各部件的組成及工作原理4.1 太陽能電池組件的組成及其工作原理4.1.1 太陽能電池的分類 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、化合物半導體薄膜形和有機膜形，而化合物半導體薄膜形又分為非結(jié)晶形、V 族、族和磷化鋅等。 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，在應用中居主導地位。 1. 硅太陽能電池 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。 單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23規(guī)模生產(chǎn)時的效率為 15。在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位，但由于單晶硅成本價格高，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