太陽能應(yīng)用之路燈設(shè)計

1、太陽能應(yīng)用之路燈設(shè)計隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國都在尋求解決能源危機(jī)的辦法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術(shù)，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源，每天達(dá)到地球表面的輻射能大約等于2.5億萬桶石油，可以說是取之不盡、用之不竭。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，所以發(fā)光效率高，一般人都認(rèn)為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉，但LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4，這是固體光源更偉大的改革。太陽能LED照明集成了太陽能與LED的優(yōu)點(diǎn)。我下面就一款太陽能LED大功率路燈做一簡單探討與介紹。1、 系統(tǒng)介紹

2、1、 1系統(tǒng)基本組成簡介系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱（內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成；太陽能電池板光效達(dá)到127Wp/m2，效率較高，對系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點(diǎn)陣作為平面發(fā)光源?？刂葡湎潴w以不銹鋼為材質(zhì)，美觀耐用；控制箱內(nèi)放置免維護(hù)鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統(tǒng)選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的降低；充放電控制器在設(shè)計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等）與成本控制，實(shí)現(xiàn)很高的性價比。工作原理介紹系統(tǒng)工

3、作原理簡單，利用光生伏特效應(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、太陽能電池板開路電壓4.5V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。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。2、 系統(tǒng)設(shè)計思想太陽能路燈的設(shè)計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環(huán)節(jié)更多。下面將以一款太陽能LED大功率路燈為例，分幾個方面做分析。 2.1 太陽能電池組件選型 設(shè)計要求：負(fù)載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工

4、作時數(shù)8.5h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。 年均輻射量107.7Kcal/cm2，經(jīng)簡單計算峰值日照時數(shù)約為3.424h； 負(fù)載日耗電量 = = 12.2AH 所需太陽能組件的總充電電流= 1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A 在這里，兩個連續(xù)陰雨天數(shù)之間的設(shè)計最短天數(shù)為20天，1.05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率。 太陽能組件的最少總功率數(shù) = 17.2×5.9 = 102W選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標(biāo)準(zhǔn)電池組件，應(yīng)該可以保證路燈系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。2.2 蓄電池選型

5、蓄電池設(shè)計容量計算相比于太陽能組件的峰瓦數(shù)要簡單。根據(jù)上面的計算知道，負(fù)載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池容量：12.2×（7+1） = 97.6 （AH），選用2臺12V100AH的蓄電池就可以滿足要求了。2.3 太陽能電池組件支架 傾角設(shè)計為了讓太陽能電池組件在一年中接收到的太陽輻射能盡可能的多，我們要為太陽能電池組件選擇一個最佳傾角。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。本次路燈使用選定太陽能電池組件支架傾角為16o。 抗風(fēng)設(shè)計在太陽能路燈系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上一個需要非常重視的問題就是抗

6、風(fēng)設(shè)計?？癸L(fēng)設(shè)計主要分為兩大塊，一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計，二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計。下面按以上兩塊分別做分析。 太陽能電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計依據(jù)電池組件廠家的技術(shù)參數(shù)資料，太陽能電池組件可以承受的迎風(fēng)壓強(qiáng)為2700Pa。若抗風(fēng)系數(shù)選定為27m/s（相當(dāng)于十級臺風(fēng)），根據(jù)非粘性流體力學(xué)，電池組件承受的風(fēng)壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風(fēng)速而不至于損壞的。所以，設(shè)計中關(guān)鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。在本套路燈系統(tǒng)的設(shè)計中電池組件支架與燈桿的連接設(shè)計使用螺栓桿固定連接。 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計路燈的參數(shù)如下：電池板傾角A = 16o   

7、60;     燈桿高度 = 5m設(shè)計選取燈桿底部焊縫寬度 = 4mm 燈桿底部外徑 = 168mm焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點(diǎn)P到燈桿受到的電池板作用荷載F作用線的距離為PQ = 5000+（168+6）/tan16o× Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風(fēng)荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F×1.545。根據(jù)27m/s的設(shè)計最大允許風(fēng)速，2×30W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N?？紤]1.3的安全系數(shù)，F(xiàn) = 1.3×730 = 949N。所以，M = F

8、×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W = ×（3r23r23）。上式中，r是圓環(huán)內(nèi)徑，是圓環(huán)寬度。破壞面抵抗矩W = ×（3r23r23）=×（3×842×43×84×4243）= 88768mm3=88.768×106 m3風(fēng)荷載在破壞面上作用矩引起的應(yīng)力 = M/W= 1466/（88.768×106） =16.5×106pa =16.5 Mpa215Mpa其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強(qiáng)度。所以，設(shè)計選取

9、的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)是沒有問題的。2.4 控制器太陽能充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時控與防反接等。在選用器件上，目前有采用單片機(jī)的，也有采用比較器的，方案較多，各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)具體情況特點(diǎn)選定相應(yīng)的方案，在此不一一詳述。2.5 表面處理該設(shè)計采用靜電涂裝新技術(shù)，以FP專業(yè)建材涂料為主，可以滿足客戶對產(chǎn)品表面色彩及環(huán)境協(xié)調(diào)一致的要求，同時產(chǎn)品自潔性高、抗蝕性強(qiáng)，耐老化，適用于任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，使產(chǎn)品性能大大提高，達(dá)到了最嚴(yán)格的AAMA2605.2005的要求，其它指標(biāo)均已達(dá)到或超

10、過GB的相關(guān)要求。3、 結(jié)束語整體設(shè)計基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)；光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計與蓄電池容量選型設(shè)計采用了目前最通用的設(shè)計方法，設(shè)計思想比較科學(xué)；抗風(fēng)設(shè)計從電池組件支架與燈桿兩塊做了分析，分析比較全面；表面處理采用了目前最先進(jìn)的技術(shù)工藝；路燈整體結(jié)構(gòu)簡約而美觀；經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證明各環(huán)節(jié)之間匹配性較好。目前，太陽能LED照明的初投資問題仍然是困擾我們的一個主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，同樣地市場上LED光效在快速地提高，而價格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且使用后對環(huán)境會造成了日益嚴(yán)重的污染。所以，太陽能

11、LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。一、職業(yè)名稱：太陽能利用工二、職業(yè)編碼：X5-99-02-05三、職業(yè)分類：農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)生產(chǎn)人員 >> 其他農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)生產(chǎn)人員 >> 農(nóng)村能源開發(fā)利用人員( 新職業(yè) )四、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)文：勞社廳發(fā)20033號五、包含工種：六、職業(yè)描述：從事太陽能光熱、光電設(shè)備和建筑的安裝、建造、調(diào)試、維修及管理的人員。從事的工作主要包括：(1)安裝調(diào)試太陽熱水器、太陽熱水工程、太陽灶、太陽干燥裝置及配套設(shè)施；(2)建造太陽房、太陽溫室、太陽禽畜舍，安裝太陽采暖系統(tǒng)和輔助設(shè)施；(3)按設(shè)計配置

12、太陽光電系統(tǒng)，選型和安裝太陽電池控制裝置、電源逆變裝置、蓄能設(shè)備等；(4)檢查測試太陽光熱、光電設(shè)備的技術(shù)性能；(5)指導(dǎo)用戶安全使用設(shè)備，處理運(yùn)行中的障礙。注：職業(yè)描述以已頒布的國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容為準(zhǔn)七、職業(yè)概況：八、國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全文：中級太陽能利用工招生對象：初中以上文化水平，想從事太陽能相關(guān)行業(yè)。學(xué)習(xí)安排：全日制學(xué)習(xí)可，六天學(xué)習(xí)時間培訓(xùn)內(nèi)容：1.        理論部分。包括掌握太陽能利用知識，以及相關(guān)工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、材料學(xué)知識，太陽能熱水工程設(shè)計計算、系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，熱泵和燃?xì)?、燃油裝置運(yùn)行管理，太陽能光-伏發(fā)電技術(shù)，其他可再生能源技術(shù)，太陽能熱水工程施工管理等。