太陽能路燈LED的工作原理及設計065438+2008年10月25日星期五22:28前言:隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的辦法，其中壹個途徑就是尋求新能源和可再生能源的利用；二是尋求新的節能技術，降低能源消耗，提高能源利用效率。太陽能是地球上最直接、最普遍、最清潔的能源。作為壹種巨大的可再生能源，每天到達地球表面的輻射能約為2.5億桶石油，可以說是取之不盡用之不竭。LED的光譜幾乎都集中在可見光波段，所以發光效率高。壹般來說節能燈可以節能4/5，這是壹個很大的創舉，但是LED比節能燈節能1/4，這是固態光源更大的改革。太陽能LED照明綜合了太陽能和LED的優點。本文對壹款太陽能LED大功率路燈進行了詳細的論述和介紹，如圖1，系統介紹1。該系統的基本組成如圖2所示。該系統由太陽能電池組件(包括支架)、LED燈座、控制箱(帶控制器和蓄電池)和燈桿組成。太陽能電池板的光效達到127Wp/m2，效率高，非常有利於系統的抗風設計。燈座部分，1W白光LED和1W黃光LED集成在印刷電路板上，以壹定距離排列成點陣，作為平面光源。控制箱采用不銹鋼材質，美觀耐用；免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器放在控制箱內。該系統采用閥控密封鉛酸蓄電池，因其維護量少，又被稱為“免維護蓄電池”，有利於降低系統的維護成本。充放電控制器的設計考慮了完整的功能(包括光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等。)和成本控制，實現高性價比。介紹了1.2的工作原理。該系統的工作原理很簡單。白天，光伏效應制成的太陽能電池板接收太陽輻射能量，轉化為電能，通過充放電控制器儲存在蓄電池中。夜晚，當照度逐漸降低到10lux左右，太陽能電池板開路電壓為4.5V左右時，充放電控制器檢測到這個電壓值並動作，蓄電池對燈頭放電。電池放電8.5小時後，充放電控制器動作，電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護電池。2.系統設計思路與壹般的太陽能照明相比，太陽能路燈的設計基本原理相同，但需要考慮的環節更多。下面將以港李振明集團有限公司的這款太陽能LED大功率路燈為例，從幾個方面進行分析。2.1太陽能電池組件選型設計要求:在廣州，負載輸入電壓24V，功耗34.5W，每天工作時間8.5h，連續陰雨天7天。(1)廣州近二十年平均年輻射量為65，438+007.7 kcal/cm2，簡單計算廣州日照時數峰值約為3.424h；⑵負荷日用電量= = 12.2ah ⑵太陽能組件所需總充電電流= 1.05×12.2×(3.424×0.85)= 5.9a此處連續兩個雨天之間的最短設計日為20天，1.05為太陽能。(4)太陽能電池組件的最小總功率= 17.2×5.9 = 102W。峰值輸出功率為110Wp，單塊55Wp的標準電池模塊，應該可以保證路燈系統在壹年的大部分情況下正常工作。2.2電池選擇電池設計容量的計算比太陽能組件中的峰值瓦數更簡單。根據以上計算，負載日用電量為12.2AH，電池充滿電可連續工作7個雨天，加上第壹天晚上的工作，電池容量為12.2×(7+1) = 97.6 (AH)，兩塊12V100AH的電池即可滿足要求。2.3太陽能電池組件支架傾角的設計2.3.1為了使太陽能電池組件在壹年內接收盡可能多的太陽輻射，我們應該為太陽能電池組件選擇壹個最佳的傾角。近年來，在壹些學術期刊上有很多關於太陽能電池組件最佳傾角的討論。路燈在廣州地區使用。根據本設計相關文獻資料【1】，太陽能電池組件支架傾角選擇為16o。2.3.2抗風設計在太陽能路燈系統中，壹個需要非常註意的結構問題就是抗風設計。抗風設計主要分為兩部分，壹是電池組件支架的抗風設計，二是燈桿的抗風設計。下面分別根據以上兩塊進行分析。⑴太陽能電池組件支架抗風設計根據電池組件廠家的技術參數數據，太陽能電池組件能承受的迎風壓力為2700Pa。如果風阻系數取27m/s(相當於10級臺風)，根據無粘流體力學，電池模塊承受的風壓只有365Pa。所以模塊本身完全可以承受27m/s的風速而不被損壞。因此，設計中重點考慮的是電池總成支架與燈柱之間的連接。在這套路燈系統的設計中，電池模塊支架與燈桿的連接設計采用螺栓柱固定。⑵路燈桿抗風設計路燈參數如下:電池板傾斜角度A = 16o；燈桿高度為5米；燈桿底部焊縫寬度δ= 4mm；燈桿外徑為168mm；如圖3所示，焊縫所在的面就是燈桿的失效面。燈桿破損面阻力矩W的計算點P到燈桿上電池板荷載F作用線的距離為PQ =[5000+(168+6)/tan 16o]×sin 16o = 1545mm = 1.545M，因此，風荷載對燈桿破壞面的作用力矩M = F×655M按照設計最大允許風速27m/s，雙燈頭2×30W太陽能路燈板的基本負荷為730N。考慮到安全系數1.3，F = 1.3×730 = 949N。因此，m = f×1.545 = 949×1.545 = 1466n . m .根據數學推導，環形破壞面的抵抗矩w = π× (3R2δ+3Rδ 2+δ 3)。上式中，r是環的內徑，δ是環的寬度。滑動面的抵抗矩w =π×(3r 2δ+3rδ2+δ3)=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768 mm3 = 88.768×10-6 m3滑動面上風荷載的矩引起的應力= m/w .(88.768×10-6)= 16.5×1068因此，設計中選擇的焊縫寬度滿足要求。只要能保證焊接質量，燈柱的抗風是沒有問題的。2.4控制器太陽能充放電控制器的主要作用是保護電池。基本功能必須具有過充保護、過放保護、燈光控制、時間控制和防反接功能。電池過充過放保護電壓的壹般參數見表1。當電池電壓達到設定值時，電路的狀態將會改變。在器件的選擇上，目前有壹些單片機和壹些比較器，方案很多，各有特點和優勢。對應的方案要根據客戶群的需求來選擇，這裏就不細說了。2.5表面處理該系列產品采用靜電塗裝的新技術，主要是FP專業建材塗料，能滿足客戶對產品表面顏色和環境和諧的要求。同時，產品自潔性高，耐腐蝕性強，耐老化，適用於任何氣候環境。加工工藝設計為在熱浸鋅的基礎上進行塗層，大大提高了產品性能，符合AAMA2605.2005最嚴格的要求，其他指標均達到或超過GB的相關要求。3.結論整體設計基本考慮了所有環節；光伏組件的峰值瓦數選擇設計和電池容量選擇設計采用目前最常見的設計方法，設計思路科學；抗風設計從電池總成支架和燈柱兩部分分析，分析全面；表面處理采用目前最先進的技術；路燈整體結構簡潔美觀；實際運行證明，各環節配合良好。目前，太陽能LED照明的初期投資仍然是困擾我們的壹大難題。但是太陽能電池的光效在逐漸提高，價格也會逐漸降低。同樣，市場上LED的光效也在快速提升，但價格卻在降低。與可再生、清潔無汙染的太陽能和LED的環保節能相比，常規化石能源日益緊張，使用後會對環境造成日益嚴重的汙染。因此，太陽能LED照明作為壹種方興未艾的戶外照明，將向我們展示無限的生命力和廣闊的前景。參考資料:
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