1、 課程設計 課程名稱 班 級 專 業 學 號 姓 名 指導教師 提交日期 姓名 課程設計成績 評語： 指導教師（簽名） 年 月 日目 錄第1章 緒論 1.1課程設計的意義 1.2總體工作原理第2章 新余市基本氣象及地理情況第3章 設備選型 3.1 LED路燈 3.2 蓄電池 3.3 組件 3.4 控制器3.5 燈桿第4章 LED路燈設計 4.1太陽能LED路燈系統介紹4.1.1系統基本組成簡介4.1.2 太陽能LED路燈工作原理介紹 4.2太陽能LED路燈系統設計思想 4.2.1 太陽能電池組件選型4.2.2 蓄電池選型 4.3 太陽能電池組件支架4.3.1 傾角設計4.3.2 抗風設計第5章

2、 設計總費用及性價比分析 5.1經濟效益 5.2性價比分析參考文獻心得體會關鍵詞: 高效.節能.環保摘要： 系統由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構成第1章 緒論1.1 課程設計的意義在全球節能環保的綠色大潮下，用 LED 路燈替代傳統路燈自然成為 人們關注的焦點。 從我國道路照明燈具的使用情況來看， 最常見的路燈照明光源為高壓放電 (HID)型式，如高壓鈉燈、金鹵燈以及低壓鈉燈和高壓汞燈等。其缺點是： 1、傳統路燈的光源中含有重金屬物質，污染環境，而且光源為球形發光， 光發散不易控，光線易溢出指定照射區域，所以形成光污染； 2、傳統路燈光

3、源的能耗是 LED 的 5-10 倍，在我們國家照明用電約占總電 量的 12%。如果按保守估計，2010 年我國總發電量將達到 30000 億度，照明用 電約 3600 億度，其中將近 70的用于道路照明。如能節約一半的道路照明用 電將近 1300 億度，相當于三峽電站的年發電量的 1.5 倍。 3、在顯色性方面：傳統路燈較差，顯色指數只能達到 2040 左右； 4、在均勻度方面：傳統路燈均勻度低，垂直照度雖可達道路照明標準，但 邊緣照度遠遠低于垂直照度，均勻度差，不能達到道路照明標準； 5、傳統路燈只能達到“亮”的層次，談不上照明“質”的層次。1.2總體工作原理 利用光生伏特效應原理制成的太

4、陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉化為電能輸出，經過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至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，蓄電池放電結束。 第二章 新余市基本氣象及地理情況新余市位于江西省中部偏西，浙贛鐵路西段，地處北緯27332805，東經1142911524。全境東西最長處101.9公里，南北最寬處65公里，東距省會南昌市150公里，東臨樟樹市、新干縣，西接宜春市袁州區，南連吉安市青原區、安福縣、峽江縣，北毗上高縣、高安市。 新余市屬亞熱帶濕潤性氣候，具有四季

5、分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無霜期長、嚴冬較短的特征。3月下旬初至5月下旬中為春季，氣溫回升，雨水增加，冷暖多變，常有低溫陰雨天氣。5月下旬中至9月下旬中為夏季，初夏（5月下旬中至6月底）溫度適宜，雨水充沛；盛夏（78月）天氣炎熱，常有干旱。9月下旬中至11月下旬初為秋季，晴天多雨天少，有干旱，9月下旬多秋寒。11月下旬初至3月下旬初為冬季，嚴冬多霜雪，凍害常發生。新余市常年氣候溫和，年平均氣溫17.7，年平均地溫值20.1，年平均相對濕度80%。年平均降雨量1594.8毫米，第二季度占46%，年平均蒸發量1497.8毫米。歷年平均日照時數為1655.4小時，年平均日照百分率為38%。

6、無霜期280天左右。第三章 設備選擇 3.1 LED路燈產品名稱: 鎂合金LED太陽能路燈-10 產品型號: WD-LD-30功率42W60W80W100W色溫5000-6500K5000-6500K5000-6500K5000-6500K顯色指數（RA）85858585工作電壓12V/24V12V/24V12V/24V12V/24V燈具效率90%90%90%90%光通量3990lm5700lm7600lm9500lm光源壽命50000H50000H50000H50000H防護等級IP65IP65IP65IP65適用高度6m6-8m6-8m8-10m特殊技術要求1 燈具電性能 :LED路燈在標

7、稱的額定電源電壓及額定頻率下工作時，其實際消耗的功率與額定功率之差不應大于10%，功率因素不應小于092。 2 防護等級 :LED路燈防護等級A級不低于IP67；B級不應低于IP66。 3 平均壽命 : LED路燈的額定平均壽命不應低于30000h。 4 最大溫度: LED路燈額定最大溫度Tc值不應大于58。 5 最大熱沉溫度 : 燈具內各個 LED管的最大熱沉溫度不應大于65。 6 抗擾度 :浪涌抑制性能的電壓保護水平應不低于2kV（線線）/4kV（線地）。 7 配光特性 :燈具中部分LED燈泡熄滅或整燈調光時，其光斑形狀和路面照度均勻性不應發生明顯變化8 適應濕度：95 3.2蓄電池產品說

8、明： 操作溫度范圍：-20+45/-4+113 充電方式：推薦恒壓限流方式 浮沖電壓：13.6V-13.8V 25/77 最大充電電流： 0.25C10安培 25/77 自放電電流：每月48小時溫度系數-0.018Vpb設計壽500次（50%DOD）3-5年（33AH以下）8-10年（33AH以上）主要特性安全密封 沒有自由酸 維護簡單 使用壽命長 質量穩定，可靠性高 環境和使用條件（1） 避免將電池與金屬容器直接接觸，應采用防酸材料，否則會引起冒煙或燃燒。 （2）使用指定的充電器充電，否則可能會引起電池過熱、放氣、泄露、燃燒或破裂。 （3）將電池使用在醫護設備中時，請安裝后備電源，否則主電源

9、失效會引起傷害。 （4）將電池放在遠離能產生火花設備的地方，否則火花可能會引起電池冒煙或破裂。 （5）不要將電池放在熱源附近（，否則會引起電池過熱、泄漏、燃燒或破裂。 （6）應用中電池數目超過一只時，請確保電池間連接無誤，且與充電器或負載連接無誤，否則會引起電池破裂、燃燒或電池損害，某些情況下還會傷人。 （7）電池的指定使用范圍如下。超出此范圍可能會引起電池損害。 電池正常操作范圍：77.F（25） 電池放電后：5.F到122.F(-15到50) 充電后：32.F到104.F(0到40） 儲存中：5.F到104.F（-15到40） 3.3組件 技術參數： 型號：SHA-PV-TH 電源：AC3

10、 380V 50Hz 工作室尺寸： 深*寬*高 1000*1000*1500 單位：MM 溫度范圍：-40100 交變溫度范圍：-40100 濕度范圍：20%98%RH(4090) 交變濕度：75%95%RH(2585) 溫度波動度：0.5 溫度偏差度：2 升降溫速率：1.03.4/min（線性可調） 濕度偏差：+2、-3%RH 時間范圍：09999H可調 總功率：32KW、38KW 太陽能電池板，太陽能電池板型號，太陽能電池板廠家：產品名稱太陽能電池板型號SFM180尺寸（mm）1580*805*50轉換效率（%）17最大功率pmax(W)180最佳工作電壓Vm(V)36.0V開路電壓Voc

11、(V)45.0V最佳工作電流Im(A)5.00短路電流Isc(A)5.20太陽能電池板主要特性：1.本組件是由高效晶體硅電池片串并聯，用高透光超白布紋鋼化玻璃，抗老化EVA和優良耐火性TPT熱壓密封而成，外加陽極化優質鋁合金邊框，具有效率高，壽命長，安裝方便，抗風，抗冰雹能力強等特性。2.太陽能電池板采用密封防水，高可靠性多功能接線盒，使用安全，方便，可靠。使用壽命可達25年以上。廣泛用于光伏電站，并網發電, 屋頂系統，家用供電系統，太陽能移動電源，通訊電源，太陽能燈具，太陽能建筑等領域。電池板電壓：12V/24V 電池板壽命：25年 適用范圍：交通信號燈，游艇電池充電，電動車電池充電，電站等

12、 產品保修期：12個月 沖壓件：可帶電池板沖壓件，方便安裝 3.4控制器技術參數型號GHL-GHL-GHL-負載額定工作電壓DC12V； DC12V/24V；DC24V額定充電電流5A10A15A額定負載電流5A10A15A系統電壓DC12V； DC12V/24V；DC24V過載、短路保護1.25倍電流20秒，1.15倍電流5秒，3倍工作電流保護動作空載損耗6ma充電回路壓降不大于0.26V放電回路壓降不大于0.15V超壓保護17V/34V提升充電壓14.6V2/24V； (維持時間：10min)（僅當出現過放電時調用）直流充電電壓14.4V; 2/24V； (維持時間：10min)浮充13.

13、6V; 2/24V；(維持時間：直至降到充電返回電壓動作)充電返回電壓13.2v； 2/24V；工作溫度-35+60溫度補償-5mv/欠壓電壓12.0V； 2/24V；過放電壓11.2V；2/24V；過放返回電壓12.6V；2/24V控制方式PWM脈寬調制主要優點1、防水、防潮性能好。2、散熱性能好。3、直接拖線模式，避免了接線端子進水腐蝕及短路的現象。4、路燈夜間歇滅后，可在天明前自動照明2小時左右，有效避免夜間不必要的資源浪費。備注：GHL-型太陽能低壓直流控制器：70元/臺。3.5燈桿路燈LED路燈燈桿,照明燈品牌：上揚之光，規格：光源類型:鈉燈，功率:150W-400W，材質:金屬，電

14、壓:220（V），品牌:上揚之光，型號:路燈-101，外形尺寸:6000-12000（mm），主要適用范圍:道路 路燈 街道。燈桿總高度米6-12米，燈桿為非標產品只要強度達到國家要求就行，燈桿的口徑壁厚和外形可以根據用戶要求定制。第四章LED路燈設計1、太陽能LED路燈系統介紹 1.1 系統基本組成簡介 系統由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱 （內有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構成；太陽能電池板光效達到127Wp/m2，效率較高，對系統的抗風設計非常有利；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陣作為平面發光源。 控制箱箱體以不銹鋼為材質

15、，美觀耐用；控制箱內放置免維護鉛酸蓄電池和充放電控制器。本系統選用閥控密封式鉛酸蓄電池，由于其維護很少，故又被稱為“免維護電池”；充放電控制器在設計上兼顧了功能齊備（具備光控、時控、過充保護、過放保護和反接保護等）與成本控制，實現很高的性價比。 1.2太陽能LED路燈工作原理介紹 系統工作原理簡單，利用光生伏特效應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化為電能輸出，經過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至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，蓄電池放電結束。充

16、放電控制器的主要作用是保護蓄電池 2、太陽能LED路燈系統設計思想 太陽能LED路燈的設計與一般的太陽能照明相比，基本原理相同，但是需要考慮的環節更多。2.1 太陽能電池組件選型 設計要求：負載輸入電壓24V功耗34.5W，每天工作時數8.5h，保證連續陰雨天數7天。 近二十年年均輻射量107.7Kcal/cm2，經簡單計算峰值日照時數約為3.424h； 負載日耗電量= = 12.2AH 所需太陽能組件的總充電電流= 1.0512.2（3.4240.85）=5.9A在這里，兩個連續陰雨天數之間的設計最短天數為20天，1.05為太陽能電池組件系統綜合損失系數，0.85為蓄電池充電效率。 太陽能組

17、件的最少總功率數= 17.25.9 = 102W 選用峰值輸出功率110Wp、單塊55Wp的標準電池組件，應該可以保證路燈系統在一年大多數情況下的正常運行。 2.2 蓄電池選型 根據上面的計算知道，負載日耗電量12.2AH。在蓄電池充滿情況下，可以連續工作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 2.3.1 傾角設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，依據本次設計參考相關文獻中的資料1，選定太陽能電池組件支架傾角為16o。 2.3.2 抗風設計

18、 太陽能電池組件支架的抗風設計依據電池組件廠家的技術參數資料，太陽能電池組件可以承受的迎風壓強為2700Pa。若抗風系數選定為27m/s（相當于十級臺風），根據非粘性流體力學，電池組件承受的風壓只有365Pa。所以，組件本身是完全可以承受27m/s的風速而不至于損壞的。所以，設計中關鍵要考慮的是電池組件支架與燈桿的連接。 路燈燈桿的抗風設計 路燈的參數如下：電池板傾角A = 16o 燈桿高度= 5m設計選取燈桿底部焊縫寬度 = 4mm 燈桿底部外徑= 168mm如圖3，焊縫所在面即燈桿破壞面。燈桿破壞面抵抗矩W 的計算點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+

19、6）/tan16o Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，風荷載在燈桿破壞面上的作用矩M = F1.545。 根據27m/s的設計最大允許風速，230W的雙燈頭太陽能路燈電池板的基本荷載為730N。考慮1.3的安全系數，F = 1.3730 = 949N。 所以，M = F1.545 = 9491.545 = 1466N.m。 根據數學推導，圓環形破壞面的抵抗矩W = （3r23r23）。 上式中，r是圓環內徑，是圓環寬度。 破壞面抵抗矩W = （3r23r23 =（384243844243）= 88768mm3 =88.768106 m3 風荷載在破壞面上作用矩引起的應力=

20、M/W = 1466/（88.768106） =16.5106pa =16.5 Mpa215Mpa 其中，215 Mpa是Q235鋼的抗彎強度。 所以，設計選取的焊縫寬度滿足要求，燈桿的抗風是沒有問題的。第五章 設計總費用及性價比分析 5.1經濟效益： 名稱250W替代對比LED路燈 400W替代對比LED路燈 燈類HPS-250WSPL-120WHPS-400WSPL-180W燈泡功率（W）250120400180電源功率（W）802013025實際耗電功率（W）330140530205日耗電量（度/日）3.961.266.361.85年耗電量（度/年）1445.4459.92321.4897.9電費（元/年）1329.77423.112135.69826.07維護（元/年）20002000燈泡（元/年）10002000總費用（元/年）1629.7 7423.112535.69826.07兩組數據分別節省：1206.66元/年，1309.62元/年（電費0.92元/度） 5.2性價比分析LED 路燈與傳統路燈（高壓鈉燈）對比在主要性能方面的優點 有： 1、環保：LED 是全固體發光體，可以承受高強度機械沖擊和震動，不易 破碎，廢棄物便于回收。而且 LED 光源本身不含汞、鉛等有害物質，無紅外和 紫外污染，不會在生產和使用中產生對外界的污染。2、節能：發光效率高，燈具反射損失低