研究性学习论文 太阳能楼道灯照明系统

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1、太阳能楼道灯照明系统研究时间：2013.5.1-2013.8.24兰化一中高二三班成员：孙靖钧、赵艺远指导老师：梁继荣太阳能楼道灯照明系统兰化一中高二年级三班孙靖钧 赵艺远摘要：传统的楼道灯一般使用声控开关，总电源使用AC 220V并人工使用电闸控制。这种控制方法也存在一定的局限性：1.人工控制电闸不可靠，如果忘记关闭总电源就会造成极大的浪费。2.白炽灯或节能灯的本身寿命较短，对于需要经常启闭的楼道灯的寿命就会进一步缩短。3.220V的电压较高，在更换灯具时有一定的危险性。4.一盏楼道灯所耗费的电能并不多，但一家单位或企业的楼道灯所耗费的能源就是一个庞大的数目。改良楼道灯系统也提高了能源的利用

2、效率、提升建筑设施的科技含量，符合低碳生活的宗旨。全球照明用电占到总用电量的19%，我国照明用电占全社会用电量的13%左右。如果太阳能楼道灯照明系统能够得以推广，每年能够节约的电能不可小觑。关键词：太阳能、环保节能、声光控、LED灯研究方法：数学建模、整理归纳一、系统设计1. 工作原理太阳能电池板白天，太阳能电池组件在一定强度的太阳光照射下产生电能，通过太阳能充放电控制器存储到蓄电池内；夜晚，蓄电池通过充放电控制器为负载提供电能。通常，太阳能系统在设计时会根据实际情况增大蓄电池的容量，以保证阴雨天的照明。2. 系统构成：太阳能楼道灯照明系统由太阳能电池板、蓄电池、楼层控制器、LED灯组和变电器

3、构成。太阳能楼道灯包括有一个安装在建筑物楼顶的太阳能电池和安装在各个楼层的照明灯，以及统一安放的蓄电池，充放电控制器。蓄电池与各楼层的照明灯通过导线连接。负载采用LED灯具，并配合声光控开关工作。各个灯泡采用并联连接，使得一个灯泡损坏不会影响其他灯泡的正常工作。变电器则可将18V的电源电压转化成13.6V的蓄电池浮充充电电压。3. 系统参数确定：1) LED灯光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量。单位：流明（lm）。 一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。所以灯的亮度基本与光通量成正比。一般的白炽灯的效率为11-12 lm/W。所以一盏40W的白炽灯灯泡亮度约为450 lm。

4、现代LED灯的效率一般可达70-110 lm。故选用5W的LED灯即可基本代替40W的普通白炽灯的亮度。考虑太阳能供电选用12V 5W规格的LED灯泡。现代节能灯的光效基本可以达到60 lm/W，所以也可使用450/60=8W的节能灯。LED灯参考价格22.0￥/盏。2) 太阳能电池板假设每天楼道灯工作1h，每层9盏楼道灯，则需要5W*9*5*1h/1000=0.225kw/h的电能。每周则需要0.225*5=1.125kw/h的电能。兰州地区每年日照多于2600小时。平均每天多于7小时。但有效日照时间基本只能达到4小时。故每周有效日照可达到4*7=28小时。所以太阳能有效输出功率至少为112

5、5/28=40W。太阳能转化效率只能达到约70%。所以太阳能的输出功率为40/0.7=57W。考虑阴雨天和用电器损耗则需要80W的太阳能电池板。由于蓄电池采用12V电压，故太阳能电池板不能使用12V（没有电压差不会充进电）。综上所述太阳能电池板采用18V 80W的太阳能电池板。参考价格：480￥/组3) 蓄电池蓄电池输出电压与灯泡电压一致。假设蓄电池能够不使用而连续充3天，电池容量则为太阳能电池板峰值电流4.461A*4*3=54.5Ah。即可选用12V 65Ah的蓄电池。参考价格：600￥/个。4. 系统参数公式：1) 太阳能电池板功率：（单位：W）：2) 蓄电池功率：5. 系统参数数据：（

6、单位：Ah）LED灯12V 5W或节能灯12V 8W太阳能电池板18V 功率代入公式计算蓄电池12V 容量代入公式计算楼层控制器设定蓄电池过放电压10.8V，过充电压设定14.4V，额定充电电流设定为15A。五层 四层三层二层一层控制器控制器控制器控制器控制器太阳能电池板太阳能电池板太阳能电池板太阳能电池板太阳能电池板蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池教学楼太阳能照明示意图6. 在本模型中所选用的太阳能电池板的详细数据：产品型号：ICO-SPC-80W规格：80瓦/18伏（12伏系统使用）标准测试条件下（温度25度，AM1.5, 1000w/m2下测试）尺寸：665*860*35毫米峰值电压：17

7、.9伏峰值电流：4.461安开路电压：22.41伏短路电流：4.86安实物重量：7.56千克二、太阳能产业的发展前景全球太阳能发电产业发展现状及趋势在化石能源日益稀缺的背景下，各国均大力发展太阳能利用，其中日本、欧洲国家(德国)和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早，在技术和应用上都处于领先地位。由于太阳能发电成本较传统能源高，因此需要政府给予政策扶持。从20世纪90年代末开始，欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠。同时，在政府资助下，欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能能源利用的研究。在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，

8、1995-2005年间，全球太阳能电池产量增长了17倍。2005年，全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦，累计装机发电容量超过5GW，其中，日本太阳能电池产量达到762兆瓦，增长率为27%；欧洲产量增加48%，达到了464兆瓦；美国增加12%，达到了156兆瓦；世界其他地区增加96%，达到了274兆瓦。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦，较2005年的年产量增长6.3倍；整个行业的销售收入有望在2005-2010年间，从130亿美元提高至450亿美元，在未来5年内增长3.5倍。同时，受益于规模经济、生产效率和工艺水平的提高，整个产业链的成本都有望下降，行业利润率

9、有望保持在较高水平上。三、LED灯的利用前景近两年，节能照明产业蓬勃发展。节能减排指的是减少能源浪费和降低废气（污染物）的排放，而高效照明产品则在省电、降低能耗上有明显的效果。然而伴随而来的是无法规避的汞污染问题。据统计，1支节能灯泡约含汞0.5毫克，若侵入地下会造成大约180吨水的污染。目前新兴技术最多只能降低每支灯泡中的汞含量，无法彻底解决汞污染问题。国家发改委能源研究所专家刘虹曾分析，1支节能灯灯管平均含有0.5毫克的汞，目前少数名牌产品可以做到0.25毫克左右，而1毫克的汞侵入地下就会造成大约360吨水的污染。而LED灯的汞含量为0。如果推广LED灯，可以大大减少汞污染。 LED为固体冷光源，抗震动，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万10万小时，是传统光源使用寿命的10倍以上。LED性能稳定，可在-30+50oC环境下正常工作。参考资料：1. 系统参数确定LED灯光通量定义：2. 系统参数确定LED灯计算依据：3. 系统参数确定LED灯价格参考：4. 系统参数确定太阳能电池板计算参考数据：5. 系统参数确定蓄电池计算参考依据：6. 系统参数数据楼层控制器设定：7. LED灯的利用前景：8. LED灯的利用前景汞含量：6