毕业设计（论文）智能太阳能路灯系统.doc

目录摘要1前言2第1章：太阳能新型节能能源3第11节 太阳能利用的基本方式3第12节 我国太阳能产业的发展现状与前景4第13节 光伏发电技术在国内外的发展现状5第2章：太阳能路灯的组成及各部件简要分析7第21节 概述7第22节 太阳能电池板7第23节 蓄电池8第24节 控制器9第25节 光源9第26节 灯杆及灯具外壳10第3章：智能太阳能路灯简介11第31节 智能太阳能路灯概念11第32节 智能太阳能路灯设计目的11第33节 与一般太阳能路灯的比较11331 光源亮灭控制方式比较11332 节能比较11333 成本比较12第4章 智能型太阳能路灯的设计方案13第41节 光源的介绍与选择13411 LED光源介绍13412低压钠灯介绍13413LED光源、低压钠灯与其他光源的对比14第42节 太阳能电池的选型15421材料的选型15422 太阳能电池功率计算15423 太阳能电池板安装角度16第43节 蓄电池的选取16431类型选择16432容量选择16433使用注意17第44节 路灯控制器的硬件设计17441路灯控制器结构框图17442主控芯片的选择18443电源电路设计19444输出驱动模块的设计19445电压输入采样模块22第45节 路灯控制器的软件设计26451 总体软件设计思想26452 单片机算法流程图27结论29参考文献30致谢31智能太阳能路灯系统摘要太阳能路灯是清洁、干净、无任何污染的绿色环保照明，但因发展时间短，成本高，技术未成熟导致其尚不完善。本文介绍了基于单片机的太阳能LED路灯控制的一种实现方法和智能型路灯控制器的节能原理，重点介绍了控制器的主要功能及其软硬件设计。在未来太阳能将被更广泛的利用，真正意义上的绿色照明即将来临。关键词：太阳能；单片机； 控制器ABSTRACTSolar system for lighting is clean, no pollution, green lighting, but the short development time, high cost, technical immature lead to is not perfect. A realizing method of the solar LED street lamp controller based on microcontroller is introduced in this paper. and introduces the theory based on saving energy of intellignt street lamps controller. The function of the controller，and the design of the hard ware and software are introduced，Solar energy in the future will be more extensive use of truly green lighting coming.Key words: solar；microcontmller；Controller前言目前由于光伏技术的逐渐成熟，成本不断下降，太阳能的无处不在，取之不尽，使得太阳能企业面临新机遇，各种各样的利用太阳能开发的太阳能电子产品发展非常迅速，例如：太阳能热水器、太阳能路灯、太阳能热泵、太阳能交通信号灯、太阳能除湿空调系统等，这些产品显示出了巨大的市场潜力和生命力。在照明灯具中，作为技术和艺术相结合的太阳能路灯，是利用太阳能作为能源的路灯，它比较常规能源供电的路灯具有很多优点，不需要常规能源，适应了能源开发和环境保护的需求，太阳能路灯可以随处安装，不论是在偏僻的山村，还是城市，不用连接公共电网，因此在安装时不必挖掘路面或草地，无须开沟埋设电缆，需要时可以移动位置，重新安装到另外的地点，灵活方便。我国地处北半球，土地辽阔，幅员广大，国土总面积达960万km2。在我国广阔富饶的土地上，有着丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量为3340-8400MJ/m2，中值为 5852 MJ/m2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区。尤其以青藏高原地区最高，达6000-8000 MJ/m2。从全世界来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/m2，西藏最高达7 kWh/m2。与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。特别是一、二类地区，正是我国人口稀少、居住分散、交通不便的偏僻、边远的广大西北地区，经济发展较为落后。可充分利用当地丰富的太阳能资源，采用太阳光发电技术，节约能源，发展经济，提高人民生活水平。在太阳能路灯系统中，太阳能控制器是整个路灯系统中的核心部件，也是设计中的一个难点，它的性能在一定程度上决定了整个路灯系统的性能好坏，它控制对蓄电池的充放电，蓄电池性能、使用寿命和充放电方式有关.。【1】所以设计一种利用单片机来实现智能化控制的太阳能路灯系统是非常有必要的。同时，利用电压采集模块采集太阳能电池板电压，实现光控；采集蓄电池电压以保护蓄电池过充过放。结合时钟模块为系统提供更多时间点，例如，我们可以根据时钟电路确定现在的准确时间，可以确定春、夏、秋、冬四个季节。使控制器能根据季节的变化来确定灯每晚点亮的时间，因为，冬天比夏天天黑得时间长，有了时钟电路，可以准确的根据季节的变化，来调整负载的工作时间，使路灯系统设计的更为合理。第1章：太阳能新型节能能源作为一种新型的能源，太阳能无疑是现在利用最广泛的能源，其绿色无污染和取之不尽用之不竭的优点更是使其倍受世界的关注，如何利用好如此普通而又特别的能源是当今科学界的焦点，也是我们不断探索的目标。第11节 太阳能利用的基本方式太阳能的利用主要是利用其辐射能而实现的，利用的基本方式可以分为如下4大类。一、光热利用此种方式的原理主要是将太阳能的辐射能收集起来，通过特定的转化方式转化成热能加以利用。收集太阳辐射能的装置主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等。根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（200）、中温利用（200800）和高温利用（800）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。此外这种方式还可以利用转化的热能进行发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。即通过两个过程完成，前一过程为光热转换，后一过程为热电转换。二、光伏发电早在 1839年，法国科学家贝克雷尔(BECQURAL)发现，光照能使半导体材料的不同部位之问产生电位差，当时还未对这种现象得到重视，后来被称为“光生伏打效应”。其原理就是当半导体材料受光照时，半导体材料内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压(叫做光生电压)，使 PN结短路，就会产生电流。【2】 该发现到了1954年，在美国科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池，此时就诞生了太阳能光伏发电技术。此技术被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术。太阳能电池板正是利用了这一技术的产物，他能将太阳能转化成电能，并可接蓄电池将电脑储存起来，以备用。根据太阳能电池板的大小，可利用在不同场合。大规模的可用在太阳能光伏发电网和太阳能屋顶；小的可用在太阳能路灯，草坪灯，景观灯等地方三、光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。四、光生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。此技术在现阶段迅速的发展起来，日前从上海市科委获悉，华东师范大学科研人员利用纳米材料在实验室中成功“再造”叶绿体，以极其低廉的成本实现光能发电。 叶绿体是植物进行光合作用的场所，能有效将太阳光转化成化学能。此次课题组并非在植物体外“拷贝”了一个叶绿体，而是研制出一种与叶绿体结构相似的新型电池染料敏化太阳能电池，尝试将光能转化成电能。在上海市纳米专项基金的支持下，经过3年多实验与探索，这块仿生太阳能电池的光电转化效率已超过10，接近11的世界最高水平。新型太阳能电池是“三明治”结构中空玻璃夹着一层纳米“夹心”，光电转化的玄机就藏在这层几十微米厚的复合薄膜中。纳米“夹心”的“配方”十分独特：染料充当“捕光手”，纳米二氧化钛则是“光电转换器”。为了让染料尽可能多“吃”太阳光，科研人员还别出心裁地撒了点“佐料”一种由纳米荧光材料制成的量子点，让不同波长的阳光都能对上“捕光手”的“胃口”。只要不断改进“配方”，纳米“夹心”的光电转化效率就能一次次提高。作为第三代太阳能电池，染料敏化电池的最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据估算，染料敏化电池的成本仅相当于硅电池板的110。同时，它对光照条件要求不高，即便在阳光不太充足的室内，其光电转化率也不会受到太大影响。另外，它还有许多有趣用途。比如，用塑料替代玻璃“夹板”，就能制成可弯曲的柔性电池；将它做成显示器，就可一边发电，一边发光，实现能源自给自足。第12节 我国太阳能产业的发展现状与前景我国在2006年1月1日可再生能源法正式实施，太阳能、风能等可再生能源作为十一五期间国家能源重点发展方向，将在税收等方面享有优惠政策。同时，可再生能源法中明确指出，到2020年，我国可再生能源的构成比例要占到10以上，其中的第十七条还明确要求房地产开发企业应在建筑物的设计和施工中，为太阳能的利用提供必备条件。由此可看出政府对这一新型能源的关注，如今时间已经过了3年，我国的太阳能技术也得到了可观的发展，太阳能热水器，太阳能灯已经是非常普遍了，但是当人们提到太阳能产品时，在脑海里就会浮现出成本高这一思想，的确这正是制约太阳能产业更好发展的一大问题。如何降低太阳能产品的成本，如何将太阳能的利用率达到最高，这些问题都制约着我国太阳能产业的发展，现阶段要做的就是提高太阳能技术，多引进学习先进技术。只有技术进步，提高太阳能的转化率，才能使太阳能得到大规模的利用，进一步开拓市场。第13节 光伏发电技术在国内外的发展现状自20世纪70年代全球发生石油危机以来，太阳能光伏发电技术在西方发达国家引起了高度重视，各国政府从环境保护和能源可持续发展战略的角度出发，纷纷制定政策，鼓励和支持太阳能光伏发电技术，其发展速度很快。2009年上半年德国太阳能发电新设备的规模大幅增加。另外，中国大陆生产的模块（module）价格，今年以来已降低三分之一，虽然价格攻势凌厉，但对德国太阳能企业仍有正面激励作用。根据联邦电力网建设主管单位称，2009年上半年的太阳能发电量逐月增加，2009年7月增加50%。依Merck Finck的分析，今年的太阳能发电量将达2,300MW，比2008年的1,500MW急速扩增。传闻也可能达到3,000MW。本年初欧洲太阳能设备制造商协会EPIA才估计德国全年只有2,000MW发电量。太阳能发电急速增加，要求德国政府对太阳能电力的补助金应予削减的呼声高涨。依据德国再生能源法（EEG）规定，政府对太阳能电力的收购价，每1千瓦小时固定补助0.43欧元（大型发电设备则为0.33欧元）。有效期间定为20年，如以莱茵西法伦经济研究所（RWI）的估算，太阳能发电量增加680MW，则政府补助金终究由消费者负担，金额累计增加31亿欧元。如果太阳能发电达2,000MW，则补助金高达91亿欧元，3,000MW的发电量，补助金则需137亿欧元。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲。在金融危机形势下，2009年3月23日，财政部、住房和城乡建设部出台关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见，并出台了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法，决定有条件地对部分光伏建筑进行每瓦最多20元人民币的补贴。2009年7月21日财政部、科技部、国家能源局联合宣布在我国正式启动金太阳示范工程，三部门联合印发了关于实施金太阳示范工程的通知，决定综合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式，加快国内光伏发电的产业化和规模化发展，并计划在2-3年内，采取财政补助方式支持不低于500兆瓦的光伏发电示范项目。2009年国家出台的政策将推动国内太阳能发电市场发展，中国的太阳能光伏发电市场“已经开始启动”，在我国政府强有力的政策引导下，光伏产业不仅让国内企业看到了机遇，而且已经吸引了世界的目光。第2章：太阳能路灯的组成及各部件简要分析第21节 概述太阳能电池由以下几部分组成：太阳能电池板，太阳能控制器，光源，蓄电池，灯杆及灯具外壳。如下图所示太阳能电池板照明电路蓄电池控制器第22节 太阳能电池板太阳能电池板是太阳能路灯系统中的重要组成部分，其价格是最高的，它的作用是利用太阳的辐射能，将其转化成电能并储存在蓄电池内，其输出的为直流电。其转化的效率为主要的参数。一个太阳能电池只能产生大约0.5V电压，远低于实际应用所需要的电压。为了满足实际应用的需要，需把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池的标准数量是36片，所以一个完整的太阳能电池板产生的电压大约是17V左右的电压，正好能为额定电压为12V的蓄电池充电。常用的太阳能电池板现在有单晶硅太阳能电池板和多晶硅太阳能电池板两种。【15】硅的制取顺序是：二氧化硅矿石-工业硅-多晶硅-单晶硅，不难看出单晶硅太阳能电池板的做成品工艺相对苛刻，价格相对偏高，但其转换效率是最高的，在实验室里最高转换效率为24.7%，规模生产效率也可达到15%，但因降低成本很困难，为了节省硅材料直接采用多晶硅材料做太阳能电池板，该材料成本较低廉，而效率稍低，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转化效率为14%，该材料规模生产相对容易。【3】从工业化发展来看，发展重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为：一、可供应的太阳能电池板的头尾料越来越少，因为单晶硅是用多晶硅经单晶炉拉制而成的。二、对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料，而单晶硅多为大面积，切成四方形，可是四角有截角，有些是圆形。三、多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级。四、由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，solar panels快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14。【14】第23节 蓄电池蓄电池在太阳能路灯系统中的作用相当于心脏在人身体里的作用一样，一个好的蓄电池在整个太阳能路灯系统中尤为重要。所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。在太阳能路灯系统中，通过太阳能电池板将辐射能转化成的电能就储存在蓄电池中，这样经由控制器的控制就能使路灯进行工作。目前，我们常用的蓄电池主要分为三类,分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种：一、普通蓄电池；普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。二、干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过2030分钟就可使用。三、免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。【13】市场上的免维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。一般的蓄电池铅酸蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，其放电的化学反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅和铅)和负极板活性物质(海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，其中极板的栅架，传统蓄电池用铅锑合金制造，免维护蓄电池是用铅钙合金制造，前者用锑，后者用钙，这是两者的根本区别点。由于免维护蓄电池采用铅钙合金栅架，充电时产生的水分解量少，水份蒸发量低，加上外壳采用密封结构，释放出来的硫酸气体也很少，所以它与传统蓄电池相比，具有不需添加任何液体，对接线桩头、电线腐蚀少，抗过充电能力强，起动电流大，电量储存时间长等优点。【16】在太阳能路灯系统中的蓄电池的寿命是一项重要参数，路灯要发光离不开电，所以蓄电池的好坏和使用寿命直接影响了整个路灯系统的性能，所以，为了蓄电池能够长期有效的稳定工作，配备一个好的过充过放控制器也显得尤为重要。第24节 控制器为了延长蓄电池的使用寿命，一个性能良好的充放电控制器是必不可少的，在长期阳光充足时，太阳能电池板转化的电能也会相对充足，而蓄电池都有规定的容量，当蓄电池饱和时，如再向其中冲入电能，蓄电池的端电压将会升高使得电解液产生大量的气泡，水分蒸发过快，电解液的浓度超过正常值，整个电池发热，温度快速上升，极板电解质损耗加速，严重的造成极板活性物质脱落是蓄电池寿命缩短或报废。在长期阴雨天时，蓄电池得不到充足的电能，而又发电的情况，就会出现过放电情况，当蓄电池在放电过程中时，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。所以为了防止这种情况的发生，要对蓄电池电压设置过充过放点，用控制器加以控制，延长蓄电池使用寿命。【12】现在的控制器还可集成声控，光控，时控等功能，这样就使得太阳能路灯系统变的智能化，使其能更好的合理分配电能，更加自动化，无需人为控制，由此可见，控制器相当于是整个太阳能路灯系统中的大脑，控制着太阳能路灯系统的正常工作，维护蓄电池的使用寿命。太阳能路灯系统发展的方向将更加智能化，发光负载的正常工作更离不开控制器的控制。第25节 光源太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用LED光源、低压节能灯、低压钠灯、无极灯。在照明用光源中一般采用光通量为重要指标，光通量（）的定义是：点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可产生视觉者（人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量，其单位为流明（简写lm），1流明（lumen或lm）定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量，流明越大说明光能越强。普通的白炽灯一般为20流明/瓦，一般节能灯为50流明/瓦，而LED光源达到了90流明/瓦。作为系统中的负载，要求其使用寿命长，节能环保并且能持续有效的工作，所以LED光源在太阳能路灯系统中有相当大的优势。第26节 灯杆及灯具外壳灯杆的高度应该根据道路宽度，所使用的光源的类型，道路照度以及灯具之间的间距来确定。灯具外壳无特殊要求，相对实用就行。第3章：智能太阳能路灯简介第31节 智能太阳能路灯概念智能太阳能路灯是在太阳能路灯的基础上，通过各种传感器将外界的信息收集起来，根据不同情况用控制器控制路灯的状态，达到智能化，自动化的目的。它能融合蓄电池充放电保护技术、光控技术、声控技术、红外线探测控制技术、市电旁路技术、无线通信技术等高端技术。第32节 智能太阳能路灯设计目的目前制约太阳能路灯进一步走向市场和产业化的最大障碍是成本问题。市场上现有太阳能路灯产品的成本相比同等效能的普通路灯要普遍高数千元左右，这使得太阳能路灯在激烈的市场竞争中处于劣势。【11】因此通过对太阳能路灯进行的优化设计，通过各种高端技术的融合，使其获得智能化能力，不仅能够提高太阳能路灯的照明能力，还能降低太阳电池板的选配功率和蓄电池的选配容量，从而大幅降低了路灯的全成本。第33节 与一般太阳能路灯的比较331 光源亮灭控制方式比较普通太阳能路灯最多通过时控设计来控制路灯的亮与灭的时间，这种方式受季节变化的影响较大，体现为在中国各季节昼夜不等长现象，所以需要经常更改点亮路灯时间，这样显得非常麻烦，而智能太阳能路灯系统结合了时控和光控等多种控制方式，能够通过时控点亮，在必要时候还能通过光控设计调整路灯的点亮时间，满足各季节点亮时间不同的条件，同时还能满足特殊的需求（如2009年7月22日的日全食）。332 节能比较智能型太阳能路灯可以根据不同需求使得太阳能路灯在不同时间段的亮度做调整，可以实现深夜自动关闭一路负载，进入节电模式，同时在有人经过时还可以设置其全部点亮，智能化的管理路灯，达到节电的目的。普通路灯则没有这种功能，导致在夜间无人的情况下依然大功率的发光，导致电能的浪费。333 成本比较虽然智能路灯的功能要比普通的太阳能路灯来的多的多，但是其成本却不会比普通太阳能路灯高很多。原因有两个：一是由于智能太阳能路灯采用的光控，声控等技术其硬件成本与太阳能主件相比是微不足道的，主要是依赖于其软件的设计，有深夜节电模式功能的路灯就相当与节省了持续亮灯的时间，从而可以依靠较短的持续亮灯时间来重新选择较小功率的蓄电池和太阳能电池板，节省了购买硬件的成本；二是智能太阳能路灯点亮灯的时间可以通过软件做到准确的点亮时间，以做到确实天黑时才点亮路灯，天亮时才熄灭路灯，而普通的太阳能路灯如果只是依照时间控制，会出现一定的偏差，其偏差就会造成路灯电能资源的浪费。第4章 智能型太阳能路灯的设计方案第41节 光源的介绍与选择太阳能路灯是通过太阳能电池板光生伏特效应产生的储存在蓄电池中的直流电为电能工作的，如需使用交流灯（如高压钠灯），可以通过逆变器将直流电变成交流电，但是使用逆变器将会损失10%-15%左右的电量，所以直接采用直流灯相比下更加合算。LED灯是最典型的直流灯之一。另外低压钠灯也是很适合太阳能路灯的一种光源，其参数不低于LED灯，但价格相对高些，要使其正常工作，需配备较好的电子镇流器，以降低其功耗和使其电流稳定。太阳能路灯采用以上两种光源比较合适。411 LED光源介绍LED（Light Emitting Diode）发光二极管是利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。他具有亮度高、寿命长、节能、工作电压低、体积易小等优点。我们最为熟悉的产品有LED显示屏，近年来，他的发展突飞猛进，从开始的单色发展到多色、全色，体积已可以达到数百平米，其发展相当迅猛。【4】在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明时代。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明、道路照明和城市夜景等领域。412 低压钠灯介绍低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。欧司朗生产的低压钠灯经过不断改进 ，低压钠灯的发光效率有了更进一步的提高，成为各种电光源中发光效率最高的光源。所配置的36w低压钠灯系统，运用在8m高度的路灯中时，照射在地面上的照度为 24.5lux；而同样高度的路灯用85w的节能灯时，射到地面的照度只为4.4lux。低压钠灯的寿命因使用过程中燃点次数而异 ，一般为18000小时。低压钠灯到目前为止仍然是光效最高的一种电光源，光通量高达200lm/W，光衰比其他光源小，寿终时尚可达到 8085的初始光通值。低压钠灯发出的是单色黄光，显色性能很差，用于对光色没有要求的场所，但它的“透雾性”表现得非常出色，特别适合于高速公路、交通道路、市政道路、公圆、庭院照明，能使人清晰地看到色差比较小的物体。413 LED光源、低压钠灯与其他光源的对比 从灯具的灯具总效率对照：使用光源LED荧光灯普通灯泡高压钠灯低压钠灯光源光效90流明/瓦80流明/瓦20流明/瓦100流明/瓦200流明/瓦电源效率90%85%100%90%90%有效光照效率90%60%60%60%60%灯具(取光)效率90%60%60%60%60%寿 命50000小时2000小时2000小时10000小时18000综上，各种光源灯具的实际效率：LED计算：90*0.90*0.90*0.9=65.6流明/瓦荧光灯计算：80*0.85*0.6*0.6=24.5流明/瓦普通灯泡计算：20*1*0.6*0.6=7.2流明/瓦高压钠灯计算：100*0.9*0.60*0.60=32.4流明/瓦低压钠灯计算：200*0.9*0.60*0.60=64.8流明/瓦可见，LED灯具实际效率是一般荧光灯的2.6倍，是普通白炽灯泡的9倍，是高压钠灯的2.02倍。而低压钠灯的实际效率接近于LED灯具。即：LED灯钠灯之间功率可换算为：75W LED灯=150W钠灯；125W LED灯=250W钠灯；225W LED灯=400W钠灯 从灯具在太阳能路灯系统中的实用性能比较一、显色性：国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 ，显色指数越高越能显现出物体的真实颜色，各类光源的显色指数各不相同。高压钠灯显色指数 Ra=23 ，低压钠灯则更低 ，而LED的显色指数Ra=70-80。二、光衰：如果在散热条件良好的情况下，LED前一千小时为正光衰，前一万小时光衰为3%-10%，前五万小时基本为30%；低压钠灯寿终时尚可达到8085的初始光通值。三、日常维护：在低压钠灯的使用中还需给其配置电子镇流器，以稳定其2端的电流，而电子镇流器的寿命也直接影响了灯具的使用寿命，一般电子镇流器可以工作2年，而且电子镇流器与灯具要配套，这使得采用低压钠灯为光源相比LED光源维护上麻烦的多。综合上述情况，在一些对显色性没有要求并且要求光照度能长时间保持在很大光通量的地方采用低压钠灯为光源较合适，如高速公路，隧道；而在一些需要显色性比较好并且对光照强度不是太苛刻的地方采用LED灯要合适的多，如普通道路照明，社区照明。LED光源仍是目前太阳能路灯的主流光源。因此此篇设计的方案采用60W LED光源作为在普通道路的照明。并且可以做2路，每路30W，以便夜深时可以关闭一路光源，不浪费电能。第42节 太阳能电池的选型421 材料的选型在得到了光源的瓦数后，我们可以设计太阳能电池板的参数了。在阳光充足的地区，采用多晶硅太阳能电池要比采用单晶硅合适，现在的多晶硅材料的制作已经相当成熟了，而且市场比例也很大，转换效率只是略低于单晶硅，而且其价格要比单晶硅材料来的便宜些，所以阳光充足的地区采用多晶硅比较划算；如果是一些阴雨天气较多，阳光不是很充裕的地区，可以用单晶硅材料来提高其光电转换效率，使得太阳能电池能转换更多的电能供太阳能路灯使用。422 太阳能电池功率计算太阳能电池输出的功率是随太阳光而定的，不同时间不同地点的同一块太阳能电池所输出的功率是不同的。所以在选择太阳能电池功率时需要根据负载功率、灯具所用时间和平均每日的日照时间等来计算：Wp=灯具负载功率*灯具所用时间*1.2（放宽对电池板需求20的预留额）/电池板平均每天接受有效日照时间*17.4（电池板的工作电压）那么如果我们用的是60W的灯具，12V的蓄电池系统，可以得知电流为5A，每天点燃时间9小时计算（晚间6点开启2路负载，11点关闭1路负载，5点开启2路负载，6点关闭，开灯12小时但其中有6小时是一路负载30W工作的，所以一共折合时间为9小时），以长江中下游附近地区日照时间4小时做为参考Wp=5A*9h*1.2/4h*17.4V=236W因此采用240W太阳能电池板最为合适。423 太阳能电池板安装角度为了使得太阳能电池板能够更好的被阳光所照射，其安装的角度也很重要，实际使用中基本以当地的纬度数作为电池板的倾角来设计，如苏州的纬度为30.47-32.02度。如需获得最佳倾角，可以查下表求取最佳数值，再结合实验的方式求取。当日发电量达到最大值时，即为最佳倾角。当地纬度（°）0-1515-2025-3030-3535-40>40方阵倾角（°）15+5+10+15+20太阳能电池方阵的倾角与纬度的关系表第43节 蓄电池的选取431 类型选择太阳能路灯的蓄电池除了要求大容量外，还应要求其放电速率慢、放电时间长，因此采用大容量高能阀控式免维护铅酸蓄电池比较合适。这种蓄电池与普通蓄电池相比是免维护的，在使用一段时间后无需像普通电池一样加水加酸维护，。至于阀控，就是在电池盖上装设单向排气阀，如遇到异常情况可以析出盈余气体。同时蓄电池还应具有以下的几个特点：蓄电池的使用寿命要长，最好与整个系统的寿命相匹配；接受电能的效率高，使得太阳能电池输出功率最大化，也缩短了充电的时间；密封性能要好，这样能延长蓄电池寿命；铜质接线端子，保证使用期间接头可靠；自放电效率低，放电性能要好。【5】所以选择蓄电池是很苛刻的，市场上与太阳能匹配的蓄电池也很多，可通过对比试验找出最适合的蓄电池。432 容量选择蓄电池容量的选取也很重要，一般要遵循以下原则来选取：首先要在能满足夜间照明的前提条件下，把太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还应能够存储满足连续阴雨天照明所需的电能。容量选择过大的话，蓄电池始终得不到使其饱满的电能，长期处于亏电状态，会影响到蓄电池的寿命，同时也造成浪费；容量选择过小则不能满足正常夜间照明的需要。蓄电池的容量应与太阳能电池、用电负载相匹配。根据经验，有一种简单的方法能够用来确定它们之间的关系。太阳能电池的功率一般为负载功率的4倍以上，系统才能稳定工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压的20%-30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池的容量是负载日耗电量6倍以上为宜。蓄电池的容量计算公式：蓄电池容量=光源用电功率/用电电压*每天所用时间*连续阴雨天数根据太阳能电池板计算中的例子，如果连续阴雨天数为6天，能够计算出蓄电池容量=60W/12V*9h*6=270AH另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90左右；放电余留20左右。所以这个数值也只是实际应用数值的70%左右。433 使用注意 蓄电池不可以直接并联对外供电可以用串联方式连接。 蓄电池电路中一定要设置熔断丝加以保护 要考虑到蓄电池的防盗问题 防止自然灾害对蓄电池的损害，如洪水。第44节 路灯控制器的硬件设计441 路灯控制器结构框图智能太阳能路灯系统由电源模块、控制单元及驱动单元组成，其组成框图如图4.1所示。该电路为AT89C51单片机路灯控制器结构框图。智能型太阳能路灯系统以单片机为微控制系统，具有将太阳光采样并转换成可驱动LED的显示的功能。本电路可以实现路灯系统能源利用的自动控制，实现路灯亮度的自动调节，是一种新型的节能环保装置。 显示模块充放电控制模块电源和复位模块电压采样模块AT89C51图4.1系统原理框图电源模块： 提供系统5V和10V（12V）的电压太阳电池电压采样模块：完成太阳电池电压的采样蓄电池电压采样模块： 完成蓄电池电压的采样显示模块：完成LED 显示功能，确定系统输出的状态442 主控芯片的选择 单片机是整个路灯控制器的智能核心模块，单片机的选择范围很大，选择51系列的单片机或PIC单片机等都可以。由于PIC单片机内部集成的A/D转换模块的转换精度不能满足系统的精度要求，因此我们选用ATMEL公司的AT89S52，PLCC44脚封装的单片机，此芯片是一个低成本、低功耗和高性能的CMOS 8位的微处理器，带有8K字节的系统存储器，此芯片和标准工业芯片80C51是兼容的,是一个具有很强功能的微处理器,对很多嵌入式的应用系统能提供灵活的有效地解决方法。AT89S52能提供下列功能:数据存储器(RAM)：片内256字节的RAM,用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓存、标志位等。程序存储器（ROM）：8K字节的FLASH中断系统：六个中断源，2级中断优先权。定时器计数器：32个I/O口,看门狗定时器,三个16位的定时器,各具有4种工作方式,.串行口：一个全双工的串行口,具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统。P0口、P1口、P2口、P3口：4个并行8位I/O口443 电源电路设计如图 4.2 所示，BT1为光伏电池，C1为超级电容器，为单片机以及 LED提供电源，R1，R5为分压电