太阳能系统设计

太阳能系统设计（精选十篇）

太阳能系统设计 篇1

关键词：太阳能,供暖系统,设计

0 引言

太阳能作为取之不尽用之不竭的可再生能源,随着科学技术的进步,近年来受到了全社会的高度重视,已经开始被广泛的应用于发电、取暖、供水等诸多领域。在我国大部分国土面积属于供暖地区,建筑采暖是保证生存的基本条件;另外,我国太阳能资源最为丰富的地区大多是气候寒冷、常规能源比较缺乏的偏远地区,这些地区既有实际的采暖需求,又有充足的太阳能资源,是应用太阳能供热采暖条件最为优越的地区。因此,太阳能供热采暖将是继太阳能热水之后,最具发展潜力的太阳能热利用技术,有着广阔的应用前景。

1 太阳能集热器系统的设计原则

a)应合理设计太阳能集热器在建筑上的安装位置。建筑设计应将所设置的太阳能集热器作为建筑的组成元素,与建筑有机结合,保持建筑统一和谐的外观,并与周围环境相协调;设置在建筑任何部位的太阳能集热器应能充分接受阳光;应与建筑锚固牢靠,保证安全;同时不得影响该建筑部位的承载、防护、保温、防水、排水等相应的建筑功能。建筑设计应为系统各部分的安全维护检修提供便利条件;

b)太阳能集热器宜朝向正南或南偏东、偏西30°的朝向范围内设置;安装倾角可选择在当地纬度±10°的范围内;受实际条件限制时,可以超出范围,但应进行面积补偿,合理增加集热器面积,并进行经济效益分析[1];

c)受条件限制不能按推荐方位和倾角设置太阳能集热器时,按式(1)进行集热器面积补偿,计算增加的集热器面积。

式中:AB为面积补偿后确定的集热器面积;AS为用式(3)和(5)计算得出的集热器面积;RS为近似等于与集热器安装方位角和倾角所对应的补偿面积比;

d)放置在平屋面上的集热器在冬至日的日照时数应保证不少于4 h,互不遮挡、有足够间距(包括安装维护的操作距离),排列整齐有序;

e)正午前后n小时照射到集热器表面上阳光不被遮挡的日照间距s由式(2)计算。

式中:S为日照间距(m);H为前方障碍物的高度,m;h为计算时刻的太阳高度角;γ0为计算时刻太阳光线在水平面上的投影线与集热器表面法线在水平面上的投影线之间的夹角;

f)宜将集热器在向阳坡屋面上顺坡架空设置或顺坡镶嵌设置。建筑坡屋面的坡度宜等于集热器接受阳光的最佳角度,即当地纬度±10°;

g)低纬度地区设置在墙面、阳台栏板、女儿墙上的太阳能集热器应有一定的倾角,使集热器更有效地接受太阳照射;

h)集热器连接成集热器组宜采用并联方式;采用串联连接时,串联的集热器个数不宜超过3个。集热器组之间宜采用并联方式连接,各集热器组包含的集热器数量应该相同,每组集热器的数量不宜超过10个;

i)太阳能集热器类型及面积的确定。

(a)太阳能集热器的类型应与使用当地的太阳能资源、气候条件相适应,在保证太阳能供暖系统全年安全、稳定运行的前提下,选择性能价格比最优的集热器;

(b)直接系统集热器总面积用式(3)计算:

式中:AC为直接系统集热器总面积,m2;Q为建筑物的耗热量指标,W/m2;A0为建筑面积,按各层外墙外包线围成面积的总和计算,m2;JT为当地集热器采光面上的采暖期平均日太阳辐照量k J/m2·日;f为太阳能保证率,%,按表1选取;ηcd为基于总面积的集热器集热效率,%,由测试所得的效率曲线方程,根据归一化温差计算得出;ηL为管路及贮热装置热损失率,%。

Q按式(4)计算:

式中:Q为建筑物的耗热量指标,W/m2;QHT为单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量,W/m2;QIHF为单位建筑面积的空气渗透耗热量,W/m2;QIH为单位建筑面积的建筑物内部得热,住宅建筑取3.8W/m2。

(c)间接系统太阳能集热器总面积AIN按式(5)计算:

式中:AIN为间接系统集热器总面积,m2;AC为直接系统集热器总面积,m2;UL为集热器总热损失系数,W/(m2·℃),测试得出;Uhx为换热器传热系数,W/(m2·℃);Ahx为间接系统换热器换热面积,m2;

j)太阳能集热系统的设计流量确定。

(a)太阳能集热系统的设计流量GS分别用式(6)和(7)计算:

式中:GS为太阳能集热系统的设计流量m3/h;g为太阳能集热器的单位面积流量L/(h·m2);AC为直接式太阳能集热系统中的太阳能集热器总面积,m2;AIN为间接式太阳能集热系统中的太阳能集热器总面积,m2;

(b)太阳能集热器的单位面积流量g与太阳能集热器的特性有关,宜根据太阳能集热器生产企业给出的数值确定。在没有企业提供相关技术参数的情况下,根据不同的系统,宜按表2中给出的范围取值。

(c)宜采用自动控制变流量太阳能集热系统,设太阳辐照感应传感器(如光伏电池板等),根据太阳辐照条件控制变频泵改变系统流量,实现优化运行。

2 太阳能供暖系统的蓄热方式选取原则

a)应根据太阳能集热系统形式、系统性能、系统投资,供暖负荷和太阳能保证率进行技术经济分析,选取适宜的蓄热分系统;

b)贮热水箱蓄热适用于液体工质集热器短期蓄热太阳能供暖系统[3];

c)地下水池蓄热适用于液体工质集热器季节蓄热太阳能供暖系统;畜热量大、施工简便、初投资低,是性能价格比最优的季节蓄热系统;

d)土壤埋管蓄热适用于液体工质集热器季节蓄热太阳能供暖系统,蓄热量大、施工简便、初投资蓄热量大,但施工较复杂,初投资高;

e)卵石堆蓄热适用于空气集热器短期蓄热太阳能供暖系统;

f)相变材料蓄热同时适用于空气集热器和液体工质集热器短期蓄热太阳能供暖系统;

g)贮热水箱容积配置。

各类太阳能供热系统对应每平方米太阳能集热器采光面积的贮热水箱容积范围宜按表3选取,根据设计蓄热时间周期和蓄热量等参数计算确定;

3 太阳能供暖系统的辅助热源设计原则

a)太阳能供暖系统应设辅助热源及其加热/换热设备、设施,辅助热源可因地制宜选择城市热网、电、燃气、燃油、工业余热和生物质燃料等,加热/换热设备、设施有各类锅炉、换热器和热泵等;

b)辅助热源的供热量宜按现行国家标准GB50011-2003采暖通风与空气调节设计规范规定的采暖热负荷计算;在标准规定可不设置集中采暖的地区或建筑,可根据当地的实际情况,适当降低辅助热源的供热量标准;

c)辅助热源加热、换热设备应根据当地可用的热源种类、价格、供水水质、供暖系统型式、对环境的影响、使用的方便性等因素,通过技术、经济分析合理选用;宜重视废热、余热利用;

d)辅助热源及其加热设施应在保证太阳能集热系统充分工作的条件下辅助运行。辅助热源设施宜靠近贮热水箱(罐)设置,并应便于操作、维护;

e)大型、集中式太阳能供暖系统的辅助热源设备配置宜不少于2台;1台检修时,其他各台加热设备的总供热能力不小于50%的系统负荷。小型户式太阳能供暖系统可配置1台辅助热源设备;采用快速式燃气水加热器时,应注意该加热器的允许进水温度。

4 结语

我国大部分地区太阳能资源丰富,且冬季采暖需求大,从节能和可持续发展角度考虑,太阳能供热系统具有广泛的应用前景。但目前受到资金、技术等的限制,太阳能采暖系统的应用推广仍显缓慢,望能通过较多的研究切实提高太阳能在建筑工程采暖系统中的应用。

参考文献

[1]于国清,王小兵.小型太阳能复合供热系统的应用与设计[J].暖通空调,2007,37(3):87-90.

[2]中国建筑科学研究院.GB50495—2009太阳能供热采暖工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

高速公路太阳能供电系统的设计 篇2

高速公路太阳能供电系统的设计

特大桥梁和枢纽立交桥一般远离收费站或服务区,有的甚至超过5公里,中间可能还经过一些中小型桥梁、挖方路段,如果外场监控设备采用电缆直接供电,整体费用非常高,施工难度也很大,辽宁省近两年开通的路段就遇到了几次这种情况.

作 者：刘振全  作者单位：辽宁省交通勘测设计院 刊 名：中国交通信息产业 英文刊名：TRANSPORTATION INFORMATION INDUSTRY 年，卷(期)：2009 “”(2) 分类号：U4 关键词： 

太阳能系统供电的ATX电源设计 篇3

关键词：太阳能；ATX；电源

中图分类号：TN86文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-01

The ATX Power Design of Solar System Power Supply

Chen Wei,Mao Shuzhe,Zeng Weiyou

(Hubei Automotive Industries Institute,Shiyan442002,China)

Abstract:This paper presents a ATX power supply.Solar power system provides the 12V DC,the power supply into the PC used for +12V,+5V,+3.3V voltage,and to provide +5VBS standby voltage,PS-ON control switch board side and PG output terminals,to meet the small Power PC continuous use.

Keywords:Solar;ATX;Power

当前，能源危机愈发严峻。随着太阳能电池和电子技术的不断进步，光伏发电不断向大功率、高效率、高密度方向发展，光伏发电产业地位日趋重要。这一新型能源的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染，尤其是在民用领域，应用越来越广泛。

在太阳能发电系统的使用中，如果先用逆变器将直流电转换为220V交流电，然后再通过开关电源为PC机供电，那么效率原本就不高的光伏发电系统将会再次损耗50%以上的电能。如果直接用直流电对PC机供电，只需使用DC-DC电路将电压转换为PC机所需+12V、+5V、+3.3V电压，并提供+5VBS待机电压，PS-ON主板控制开关端与P.G信号端这些必须端口，就能正常工作，而且还能节约成本。

一、总体设计

太阳能光电系统提供12V直流电，但电压经常高于14V，则电源中+12V的DC-DC电路不能省略，还需转换为+12V、+5V与+3.3V。此外+5VBS待机电压必须单独提供，所以+5V电压需使用两个DC-DC芯片，若+5V用电设备较多，还需额外增加芯片以增大+5V输出功率，+12V、+3.3V也是如此。

本设计所选用DC-DC芯片为MP2307降压稳压集成电路。MP2307第7脚（EN脚）可以控制芯片的开启、关闭，使用一个开关管即可完成电源的开关。

P.G信号端使用一个简单延时电路即可完成其功能。

二、+5VBS待机电压转换电路设计

MP2307是一种常用的开关型降压稳压集成电路，输入电压范围4.75V-23V，输出电压范围0.925V-20V，可提供超过3A的输出电流。+5VBS电压转换原理图如图1（a）所示，与+12V、+5V与+3.3V电压转换电路基本相同，所以原理图中只画出一个模块。图中Vin接太阳能系统控制器输出端，R1取值由下式计算：5V=0.925×（R1+R2）/R2

图1 电源原理图

可知R1取44.2kΩ。

三、+12V、+5V、+3.3V电压转换电路设计

+12V、+5V与+3.3V电压转换电路与+5VBS基本相同，电路原理图见图1（a）。

输出+12V时，R1取121kΩ；输出+3.3V时，R1取26.1kΩ。

由于要受控于PS-ON端，所以图中R4此时应取消，而MP2307脚就与图1（b）中Q1集电极相连。在PS-ON端为低电平时，MP2307启动，为PC机提供+12V、+5V与+3.3V电压。

四、PS-ON主板控制开关端

PS-ON主板控制开关端原理如图1（b）所示。当按下PC机开机键时，PS-ON端由高电平变为低电平，MP2307启动，准备为PC机供电。当再次按下PC机开机键时，PS-ON端由低电平变为高电平，PC机关机。

五、P.G信号端

延时电路如图1（c）所示，LED1亮表示电源状态正常，P.G信号端输出高电平。当按下PC机开机键后，MP2307启动，并提供+5V电压，此+5V电压在延时后使P.G信号端变为高电平，电脑供电正常。

六、结束语

本ATX电源采用MP2307设计，此芯片价格便宜，性能可靠。所设计电源操作简单，使用方便，效率高，体积小，重量轻，可以实现产品化。+12V、+5V与+3.3V电压各路均采用单芯片输出时，可满足车载PC使用。可根据PC机功耗来增减MP2307数量，当然也可采用其他扩流手段。

参考文献：

[1]赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005

[2]沙占友.单片开关电源设计[M].北京:机械工业出版社,2009

[3]康华光.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,1999

[4]周志敏.便携式电子设备电源设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007

[5]Analog IC Technology.Datasheet of MP2307[EB/OL].http://www.MonolithicPower.com

太阳能LED路灯照明系统设计 篇4

在中国,照明所消耗的电能占全国用电量的12%左右,在能源消耗中占很大的份额。LED作为节能的先锋,将是照明的主流。太阳能与半导体照明的结合应用将是能源和环保主题中的一大亮点[1]。

1 太阳能路灯照明系统[2]

太阳能路灯系统是利用太阳能电池的光伏效应,将太阳光能直接转换成电能,再用于照明的系统。一套基本的太阳能路灯系统原理框图如图1所示。

(1)太阳能电池板是太阳能路灯系统中的能量来源部分,其作用是将太阳能直接转换成电能,供负载使用或存贮于蓄电池内备用。

(2)PLC的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和充电电压,实现快捷、平稳、高效充电,并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命,同时防止蓄电池过充电和过放电。

(3) DC/DC转换模块将太阳能电池输出的非稳定电压转换成稳定的直流电压,对蓄电池组进行分只同时均衡充电,使蓄电池组储存能量。

(4)蓄电池将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来,供负载使用。

(5)LED灯具作为太阳能路灯系统的负载,理想的灯具既要高效照明,又要尽可能的降低功率损耗。

2 蓄电池的充电管理方式

系统所采用的12V蓄电池组是由6只2V的蓄电池串联形成。传统的充电方法是把整组6只蓄电池串联,统一充电。这种充电方方法没有考虑到各只蓄电池之间的内阻、容量、化学特性的差异,易使蓄电池组中某些电池产生过充放电,使得电池性能下降,从而导致整组蓄电池性能急剧下降。为此,采用一种新型的蓄电池充电方法——分只同时均充法,充电原理如图2所示。首先,太阳能电池板的输出电压经过各均充模块对各只蓄电池均衡充电,同时管理系统对各只蓄电池进行实时电压检测。若发现某只蓄电池达到充电满值电压时,由PLC发出指令,立即停止对该只蓄电池的充电,其余未充满的各只蓄电池继续均衡充电,直至所有蓄电池都充满为止。蓄电池分只同时均充法既保证了蓄电池组中每只蓄电池均能“充满”,又能保证每只电池不会发生过充电及过放电情况,提高了蓄电池组容量的有效利用率及每只蓄电池的使用寿命。

3 系统电路设计

3.1 DC/DC转换电路[3]

由于日照强度、环境及负荷的变化,太阳能电池板输出的直流电压不稳定,使得低电压得不到利用以及不能直接用于蓄电池充电。因此,本系统设计了DC/DC转换模块进行稳压,经DC/DC转换后的电压为2.5V。原理如图3。

L4960是ST公司生产的单片开关电源稳压芯片,其内部功能电路主要包括5V基准电压源、误差放大器、锯齿波发生器、PWM比较器、功率输出级、软启动电路、输出限流保护电路以及芯片过热保护电路。

L4960的输出电压为5～40V,最大输出电流为2.5A;为了使输出电压能从0起调,先由7905集成电路产生一个—5V电压,然后与L4960的4脚相连,使VGND=—5V,这样L4960输出电压的调节范围就变成0～35V。

三端反向稳压芯片L7905的输入电压为7～35V,输出电压为—5V,最大输出电流为1.5A,封装形式有TO-220、TO-220FP、TO-3、D2PAK,并具有过载、短路保护。

3.2 蓄电池电压检测电路[4]

蓄电池电压检测电路用来检测各单只蓄电池的电压是否达到过充电、过放电电压设定值,它以电压比较器为核心。本系统采用LM358双运算放大器电路来实现电压检测功能。

蓄电池端电压检测电路示意图如图4所示。

通过对电池电压的检测和比较,系统既保证蓄电池组中各只蓄电池不会发生过充电及过放电,又能保证整组蓄电池不会发生过充电及过放电,实现了对蓄电池组中单只蓄电池的均衡管理,具有无人值守功能,可以大大提高蓄电池组容量的有效利用率及每只蓄电池的使用寿命。

3.3 PLC接线图

PLC的L+和M端连接在蓄电池组的正负极,同时接上熔断器以保护PLC。输入端I7接启动按钮,按下SB1,PLC开始工作;I8接停止按钮,按下SB2,PLC停止工作。输入端I1、I2、I3、I4、I5、I6分别接继电器J7、J8、J9、J10、J11、J12的常开触点,控制蓄电池的充放电,并防止过充和过放。输出端Q1接继电器K6,控制蓄电池的过放电;Q2接继电器K2,控制蓄电池的充放电和LED灯的开关;Q3接继电器K3,控制时控开关动作,使LED灯在20:00～6:00间工作;Q4接继电器K4,控制1组LED灯在23:00～3:00时的开关。PLC控制器的扩展模块LOGO!DM12/24RC的L+和M端连接在蓄电池组的正负极,输出端Q5接继电器K5,当按下启动按钮SB1时,继电器K5通电,对应的常开触点闭合,系统的电压检测电路工作,系统对蓄电池进行充电或者放电管理。PLC控制器外部接线图如图5所示[5],控制流程图如图6所示。

4 结束语

进入21世纪,“绿色、环保”已经成为能源发展的主流,太阳能光伏发电系统为新能源应用开辟了一个崭新的领域,作为其典型应用的太阳能LED照明系统正受到各国的重视。

参考文献

[1]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].化学工??业出版社,2005.9-22

[2]余发平.LED光伏照明系统优化设计[D].合肥:合肥工业大学,2006,5.5-48

[3]汪令祥.光伏发电用DC/DC转换器的研究[D].合肥:合肥工业大学,2006.40-50

[4]郑诗程.光伏发电系统及其控制的研究[D].合肥:合肥工业大学,2005.20-24

太阳能系统设计 篇5

基于DZZ1-2自动气象站太阳辐射观测系统设计

介绍在具有常规风向、风速、气温、湿度、气压、雨量、草温、地温的`观测能力的DZZ1-2自动气象站CAN总线结构的基础上,设计扩展了太阳辐射观测内容,使该自动气象站具有更强大的观测能力;还设计了相应的软件接口,使辐射观测数据能够与地面测报软件对接.

作 者：李源鸿 林金田 黄飞龙 郑学文  作者单位：广东省大气探测技术中心,广东广州,510080 刊 名：广东气象 英文刊名：GUANGDONG METEOROLOGY 年，卷(期)： 31(4) 分类号：P41 关键词：大气探测   太阳辐射   地面测报   自动气象站  

太阳能系统设计 篇6

关键词：太阳能；热泵系统；节能分析；热水箱设计

中图分类号： TU832 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

在经济社会发展的同时，节能成为世界工业发展的首要任务。太阳能热泵热水系统结合了太阳能利用技术和热泵技术两者的优点，是一种新型节能环保的热水系统。在“十二五”规划上，节能减排成为我国的新兴产业，同时还提出很多节能措施，这些措施能够减少能源消耗，在一定程度上缓解自然污染、环境破坏的速度。尤其是太阳能和热泵系统，它们的应用使生活热水节能量达到45%以上，本文将根据相关资源分布情况，来详细分析太阳能与热泵系统的节能。

一、太阳能与热泵系统节能分析

太阳能与热泵系统，是热水箱的重要组成部分，对太阳能与热泵系统进行能量控制，将有利于完善和改进热水系统，使热水箱能够最大限度发挥供热功能。太阳能与热泵系统节能作为“节能减排”的主要目标，我国早在2001年就提出太阳能、热泵系统在建筑一体化中的节能措施。我国对太阳能资源分布和太阳能评估做了详细的调查和分析，并得出相关结果和结论[1]。

（一）太阳能资源分布情况分析

1、太阳能资源丰富区。资源丰富区是指太阳辐照量在6700MJ/m2.a以上的地区，是太阳能资源等级最高的地区。例如新疆南部、西藏北部、甘肃、青海等海拔高的地区。海拔高缩短了太阳与地面的照射距离，使这些地区能够接受更多的日照，提高了太阳辐照量。

2、太阳能资源较富区。是指太阳辐照量在5400-6700MJ/m2.a之间的地区，这些地区大多是靠北的山丘地区，最具有代表性的地区有内蒙古呼伦贝尔、北京、天津、山西等有一定海拔的地区。这些地区是太阳能应用得最多的地区，因为这些地区除了自然环境优势外，还有经济发达的优势。

3、太阳能资源一般区。是指太阳辐照量在4200-5400MJ/m2.a之间的地区，这些地区海拔一般较低，并且处于平原地区，例如黑龙江、山东、安徽、湖南、福建等。这些地区太阳照射的距离较长，太阳辐照量相对较低。

4、太阳能资源贫乏区。是指太阳辐照量低于4200MJ/m2.a以下的地区，这些地区大多分布在盆地或盆地附近的地区，因为大多盆地的海拔都低于地平面，增加了这些地区与太阳的距离，使太阳辐照量降低。例如四川、贵州西部、云南南部、广西等地。

（二）一般热泵系统制热系数分析

热泵系统制热系数是指热泵COP值与环境温度值的正比例关系。例如，某热泵厂家提供的压输机制热系数中，热泵COP值与环境温度值的关系分析中发现，当环境温度低于10℃时，COP值才刚好达到2.0；环境温度达到20℃时，COP值达到3.0；环境温度达到30℃时，COP值达到4.0；环境温度超过30℃时，COP值超过4.0。从这些数据不难看出，环境温度值与COP值是呈正比例关系，并且是以1：10%的比例增加[2]。

COP值是衡量热泵系统供热的指标，也是衡量热泵系统的节能指标，该指标随着环境温度的提高而提高的特点，与太阳能随着太阳辐照量增加而增加的特点具有一致性。两者都需要太阳提供一个温度较高的环境，才能更好的进行供热工作，因此有效的节能方法，是以太阳能为供热主体，以热泵系统供热为辅助。

（三）太阳能与热泵系统节能评估

太阳能与热泵系统节能评估，要求明确掌握太阳辐照量、集热器面积、集热器效率、环境温度、COP值等指标[3]。该评价是太阳能与热泵系统节能的目标和标准，下面将简单分析太阳能与热泵系统节能的评估，并做出相关的数据分析。

这里以云南东部某地区为例，该地区集热器的热效率平均为60%，按照春夏秋冬季节的相关温度数据，推算出集热器面积，集热器热效率与面积，决定太阳能可承受的热能消耗为热水箱供热量的60%，热泵系统为40%。该地区年平均气温为20℃，可以判断当地实际太阳照射时间和面积，并得出太阳能与热泵供热系统全年大约节能86.8%，实际节能72.5%。

二、热水箱设计

（一）热水箱设计存在的问题

传统热水箱的设计，要求太阳能与热泵系统同时使用一个热水箱，这在很大程度上影响了太阳能与热泵系统的供热效率。因为在供热过程中，太阳能供热不足时，才会使用热泵系统供热，使供热过程复杂，延缓了供热速度。为了提高供热速度，很多用户不得不花精力去增加太阳能与热泵系统的供应量，导致热水箱设计时出现很多问题，集中体现在工程造价和热量控制两方面。

一方面，为了提高太阳能与热泵系统供热量，设计师会花资金去设计一个更大的热水器供用户使用，供热量提高了，但造价一般用户难以接受，这样会导致用户量下降。另一方面，热量的控制主要受季节影响。夏季太阳能提供的热量就能满足用户的需求，无需热泵系统提供热量，属于节能效果最佳的季节；秋季，大部分的热量是太阳能提供的，少数热量是由热泵系统提供。

（二）热水箱设计的措施

第一，增设热水箱，热水箱可以分成两个，分别供太阳能和热泵系统使用，其水箱的容量可达10t，这样做的目的是为了减少扩大水箱体积带来的额外花费，在一定程度上控制了热水箱的工程造价，以便用户能够接受。同时，也降低了太阳能与热泵系统的供热成本，提高了供热效率，满足用户的热量使用需求。第二，用真空管将两个水箱连接起来，两水箱的连接是为了解决因季节变化而不能及时供热的问题，两个水箱分别吸收太阳、热泵系统提供的热能，一般先使用太阳能提供的热量，储存热泵系统提供的热量，解决冬季热量供应不及时的问题。

该设计与传统水箱的设计相比，具有很多的优势，在这里笔者简单总结如下：第一，能够使太阳能得到充分利用，最大限度节约了热能；第二，该系统集太阳能热水箱、热泵系统热水箱于一体，两者是相互联系的，可以进行统一控制，不需要另行设计；第三，为热泵系统提供了足够的加热时间和空间。

结语

开发新能源和节能是寻求能源出路的两大重要途径 ，太阳能热泵供热系统以其显著的节能性和环保性具有广阔的发展前景。热泵技术是一种很好的节能型空调制冷供热技术，太阳能与热泵系统是热水箱最重要的供热源，它的节能直接影响“节能减排”目标的实现。因此，要加强太阳能与热泵系统的节能力度。本文通过分析太阳辐照量、集热器热效率、集热器面积、环境温度和COP值等指标，可以计算出相对条件下太阳能与热泵系统的节能量，为热水箱的改进设计提供依据。

参考文献

[1]郑荣进，庄麟，池清，等.温室太阳能与地源热泵联合供暖系统热力学分析[J].农业机械学报，2013，04：233-238+232.

[2]肖菊，丁文萍，杨敏芝.工程型太阳能热泵热水系统节能效益分析[J].河南科学，2013，06：829-832.

[3]熊慧灵，刘何清，李永存.太阳能-溶液-热泵干燥系统节能分析[J].建筑节能，2015，05：56-60.

作者简介

太阳能液晶显示系统的设计 篇7

太阳能作为地球上最丰富的可再生能源具有独特的优势和巨大的利用潜力, 充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐及能源与环境的协调发展, 大力使用太阳能资源对于落实科学发展观有着重要意义。对于太阳能, 人类的早期利用主要是光和热。而光伏发电技术的出现为太阳能的利用开辟了广阔的领域。随着太阳能技术的发展, 太阳能光伏液晶显示器的发展向着更深, 更广的层次和领域发展。

2 系统结构及工作原理

2.1 系统结构

传感器检测到光照信息传递给单片机, 单片机处理后控制电机驱动电路驱动步进电机, 从而控制太阳能面板的角度, 并通过液晶显示当前的时间。系统设计框图如图1所示。

2.2 工作原理

日照充足时, 太阳能电池板将光能转化为电能, 一部分电能提供给控制系统和液晶显示器, 剩余的电能通过充电电路快速给蓄电池充电, 当蓄电池充电完毕时, 通过比较电路判断进而切断充电电路, 有效防止对蓄电池的过充;日照不足时, 系统将自动切换为蓄电池供电。为了充分接受光照, 系统采用传感器电路检测光照强度的最大值, 驱动步进电机调整太阳能面板的角度, 使太阳能面板感受最强光照。

3 硬件电路设计

3.1 电源电路的设计

电源电路的设计包括太阳能电池板的供电电路设计、蓄电池的充电电路与放电电路以及其他电路模块的供电电路设计。电源电路的设计如图2所示。该电图的solar端口用以接入太阳能电池;cell端口用以接入蓄电池;motor端口用以供给步进电机的电能需求;power端口用以接入传感器电路模块、1602液晶显示模块、单片机控制电路模块。该电路图由2个比较器、3个NPN三极管、2个二极管、2个7805芯片、1个发光二极管组及电阻组成。

第一个比较器的作用:单片机芯片第5引脚与比较器相连与基准电压比较, 控制NPN三极管开与关, 从而控制蓄电池充电电路的通断;第二个比较器的作用:当太阳能电池给蓄电池充电时, 为防止对蓄电池过充电, 通过对蓄电池的采样电压与基准电压比较来判断蓄电池是否充电完毕, 若蓄电池充满电量, 则采样电压与基准电压相等, 比较器输出低电平, 关断三极管, 进而切断充电电路, 防止蓄电池过充电而烧毁;若蓄电池电量不足, 则采样电压将小于基准电压, 比较器输出高电平, 保持三极管的导通, 进而开通充电电路给蓄电池充电。

第一个三极管用来做充电电路的开关, 当比较器输入其高电平时开通充电电路;当比较器输入其低电平时关断充电电路。第二个与第三极管串联构成二级放大电路, 用以给蓄电池快速充电。

二极管用来防止电流回流;发光二极管用来指示蓄电池是否充电。

3.2 单片机控制电路设计

单片机通过控制ULN2003芯片驱动步进电机, 该步进电机采用双四拍运行方式, 并可以正反转。单片机控制电路图如图3所示。

步进电机工作电压为5 V, 但需要的电流要从约100 m A~300 m A范围内变化, 而该系统所采用的太阳能电池板输出的电流最高也只能达到220 m A左右, 不能正常驱动步进电机, 甚至影响其他电路模块。考虑依靠蓄电池给步进电机供电, 在供电的同时, 切断其充电电路以免发生干扰。单片机控制步进电机时, 若电机得到指令运转的同时, 单片机芯片的P1.4口将输出低电平, 从而使电源电路中对应的比较器输出低电平, 进而关闭充电电路。

单片机通过按键电路来调整液晶显示器显示日期和时钟, S1按键按下时时钟停止并且光标在第一个数字下闪烁, 按下S2或S3时可对该数值进行加或减。继续按下S1时可对液晶显示器上的数字进行修改。

3.3 检测电路设计

传感器检测电路由光敏电阻、比较器以及普通陶瓷电阻构成的两个比较电路组成。传感器检测电路如图4所示。

图4中左图是光敏电阻的电压与基准电压产生比较, 右图是两个光敏电阻在不同的光照条件下所产生的电压比较。

如图4所示, 当光线强时, 光敏电阻阻值变小, 使其阻值远小于2 K, 从而使其电压小于2 K电阻电压, 经过比较器判断使S1和S2为高电平;当光线弱时, 光明电阻阻值变大, 使其阻值远大于2 K, 从而使其电压高于2 K电阻电压, 经过比较器判断使S1和S2为低电平。其中S1和S2的信号送给单片机判断, 控制电机是否转动。如右图, 当两个光敏电阻分别感受的光线强度是左强右弱时, S3为低电平S4为高电平;而当两个光敏电阻分别感受的光线强度是左弱右强时, S3为高电平S4为低电平。其中S3和S4的信号送给单片机判断, 控制电机是否正反转。

单片机通过S1, S2, S3, S4端口接收传感器电路模块传来的信息并判断:若S1和S2同时为低电平或为高电平时, 电机停转且不受S3和S4的影响;若S1和S2电平不一致时, S3为低电平S4为高电平时电机右转, S3为高电平S4为低电平时电机左转。

以上功能设置是为了使太阳能电池板只在日照充足的情况下感受光线变化而发生偏转, 而在阴天或夜晚不受弱光线影响致使电机误动而耗电。

4 软件设计

总程序流程图如图5所示。

电源上电后, 初始化液晶显示及单片机各端口, 按键扫描进按键子程序, 对显示时间进行调整, 关敏电阻检测电路对光照检测的信息传递给单片机, 判别S1=1, S2=0, S3=1, 是则控制步进电机左转, 否及左转后再判别S1=0, S2=1, S4=1, 是则控制步进电机右转, 否及右转后返回按键扫描。

5 结束语

随着太阳能技术的发展, 太阳能光伏液晶显示器的发展向着更深, 更广的层次和领域发展。设计实现了太阳能液晶显示, 并且利用光敏电阻检测光照信息, 单片机自动控制步进电机, 调整太阳能面板, 达到自动跟踪太阳能的功能, 设计还实现了蓄电池过充电保护, 太阳能面板在夜晚不跟踪等功能。

参考文献

[1]陈汝全.电子技术常用器件应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[2]王质朴, 吕运朋.MCS-51单片机原理、接口及应用[M].北京:北京理工大学出版社, 2009.

[3]陶红艳, 余成波.传感器与现代检测技术[M].北京:清华大学出版社吧, 2009.

[4]康华光, 邹寿彬, 秦臻.电子技术基础:数字部分[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[5]谭浩强.C语言程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2000.

高层住宅太阳能热水系统设计 篇8

1项目概况

用户所在地驻马店,北纬32°、东经114°左右,属于北亚热带季风性湿润性气候。年光照小时在2200~3000小时,太阳能年辐射量在1393~1625kwh/m2,属于可利用地区。

用户住宅位于驻马店市某小区一栋30层高的20层,楼盘整体坐北朝南,阳台位于南侧,住宅面积为100m2。

一般家庭热水供应大多用在洗澡方面,假设每天每人需要30L热水,一个三口之家,每日需求的热水量为90L。

2系统设计

2.1集热系统的设计

2.1.1集热器类型的选择

由于平板型太阳能集热器结构简单,运行可靠,成本低廉,工质的温度较低,安全可靠,与真空管太阳能集热器相比,它具有承压能力强,吸热面积大等优点,因此,本系统选择采用防冻措施的平板集热器。

2.1.2集热面积的计算

本系统采用工质传热以保证系统在冬季的运行,故本系统为间接系统,根据《GB 50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中相关规定,集热器面积可由以下公式(3-1)和(3-2)计算[2]:

式中:AC为直接系统集热器面积,m2;QW为日均用水量,取100 Kg;CW为水的定压比热容,为4.2KJ/(Kg.℃);tend为贮水箱内水的设计温度,取45℃;t1为水的初始温度,夏季取20℃,冬季取10℃;JT为当地集热器采光面上年平均日太阳辐照量,取4800KJ/m2;f为太阳能保证率,根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素,综合考虑后确定[3];ηcd为集热器的年平均集热效率,根据经验取值为0.5;ηL为贮水箱和管路的热损失率,根据经验取值为0.2;AIN为间接系统集热器总面积;FRUL为集热器总热损失系数,根据集热器参数,平板集热器取4W/(m2·℃);Uhx为换热器传热系数,介质为丙二醇,故取值850W/(m2·℃);Ahx为换热器换热面积,根据水箱数据可知为0.65m2。

其中f确定需通过效益分析来确定,根据《GB-50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》给出的取值参考范围,驻马店地区年太阳辐照量在5400MJ/(m2·a)左右,位于资源一般区,所以取值40%。

带入数据,经式(3-3)、(3-4)计算可得AC为2.2m2,AIN为2.3m2。

由此可知,本系统平板集热器应在2.3m2左右。公式计算的为集热器总面积,并未除去边框的面积,故选用2m2的平板集热器即可。

2.1.3热水箱容积的确定

太阳能热水系统储热水箱的容积一般根据集热器面积来计算,通常来说每平米集热器对应储水箱容积为50L左右,本套系统集热器面积为2m2左右,故储热水箱容积为100 L即可[4]。另一方面,据国家住宅中心对全国近400家用户的实态调查,家庭平均日热水用量为30L/(人.天),用户家庭为三人,最高每日热水用量为90 L,本系统选择100 L容积的储水箱完全满足用户需求。

2.2辅助热源的设计

为保证太阳热水系统可靠供应热水,系统应设置辅助能源加热装置。辅助热源主要有燃气加热和电加热两种方式,经对比可知,电加热在热效率方面明显高于其他方式,且与加热水箱结合简单,控制方式多样化,故此本系统选用电加热方式。

辅助热源应在太阳能热水系统在最恶劣工况下满足用户的热水需求,不考虑太阳能提供的份额,在设计时间内向系统提供热水所需的供热量。

2.3系统控制方式的选择

太阳能热水系统中热水循环的控制方式主要有定温控制、温差控制、光电控制和定时控制四种。其中光电控制与定时控制效果较差,系统集热效率偏低,市场应用也较少,在此不予考虑。

本套系统采用的控制器具有自动上水及温度传感功能,因此采用温差控制加分区上水的控制方式。该控制方式运行的原理是,贮水箱首先加水至最低水位,待水箱内水温达到设定供水温度后,控制器控制打开补水装置,使水箱水位上升至另一水位,依次加热、补水,如此不断循环,使水温固定在某一设定值时不断提高水箱水位,直至达到最高水位,最后停止工作。

该种控制体系可以最大限度提高太阳能热水系统的利用率,减少辅助热源的使用,并且可以保证全天热水的供应。

2.4系统整体结构

①进水水龙头;②安全阀;③热水箱进水管路;④混水阀;⑤热水箱热水出口;⑥热水箱;⑦循环出口;⑧循环入口;⑨温度、水位传感器;⑩换热管路;瑏瑡加热装置;瑏瑢太阳能控制器;瑏瑣止回阀;瑏瑤太阳能工作站;瑏瑥膨胀罐;瑏瑦平板太阳能集热器。

3效益分析

3.1年节能量预估

系统设计完成后,根据公式4-1首先可以计算出系统提供的有用能量,即:

式中,△Qsave为太阳能热水系统提供的有用能量,AIN为集热器面积,JT为太阳能集热器采光表面年总太阳能辐照量,ηC为管路和水箱的热损失率,ηcd为太阳能集热器的年平均集热效率。

集热器面积为2m2,辐照总量为5400MJ/m2,ηcd取值0.5,ηC根据经验按0.2取值。带入数据可以得到,该系统每年可以提供4320MJ的能量。

本套系统采用电辅助加热,如果要提供4320MJ的热能,根据经验公式4-2:

式中,△Qs为系统年节能量,ηs为辅助热源系统的效率,电加热热效率为0.95。带入数据得到节约能源4547MJ。

3.2经济效益分析

系统切实运行后,可根据公式4-3计算出本套系统本套系统每年节能费用,即

式中,CC为系统设计当年的常规能源热价,查阅得知为0.065元/MJ,计算得知,系统每年节约电费295元。系统寿命一般在10~15年,系统10年即可回本,完全经济可行。

4结束语

随着社会的发展,人们对生活水品的要求会越来越高,太阳能热水系统对于人们生活的舒适度会有一个大幅度的提升,无论从哪方面来说,它都有其独特的优点,不仅经济环保,而且迎合国家建设节约型社会的倡导。所以太阳能热水这一行业具有良好发展前景和市场潜力,这一项技术也会越来越成熟,更好的融入到人们的生活当中。

参考文献

[1]郝华丽.浅析太阳能光热制冷技术及其应[J].信息化建设,2016,10(211):44.

[2]邵理堂,刘学东,等.太阳能热利用技术[M].镇江:江苏大学出版社,2014∶209-211.

[3]杨德福.沈阳地区太阳能热水系统设计及经济性分析[J].科技创新导报,2012(9):25.

深圳学生宿舍太阳能热水系统设计 篇9

1 学生宿舍的太阳能热水系统设计

学生宿舍热水使用具有用水集中、用水次数多等特点,一般分为早晨、中午、晚上三个时段,特别是晚上淋浴喷头开启可达到100%,并且时长可达2～3小时。采用双水箱太阳能热水系统可以最大限度地利用太阳能资源。

1.1 热水系统控制原理

1.1.1 系统的节能特点

如图1所示,贮热水箱由太阳能集热器直接加热,供热水箱由贮热水箱供水(采用供热水箱补水泵)。阴雨天由空气源热泵辅助加热供热水箱;晴天当贮热水箱上部水温高于其下部水温时,控制供太阳能循环水泵,利用太阳能集热器加热贮热水箱,最大限度利用太阳能。供热水箱和贮热水箱容积之和满足最大小时用水量的4.5倍[1]。

1.1.2 系统的控制原理

(1)太阳能循环泵控制

启泵条件:当T2-T1>7℃时,太阳能循环泵启动;停泵条件:当T2-T1<2℃时或当T3>60℃时或当T2

(2)供热水箱补水泵控制

当T3≥55℃,且供热水箱水位低于高水位S3时,供热水箱补水泵启动,直至供热水箱处于满水位S4时停泵;当T3<55℃时,且供热水箱处于低水位S1时,供热水箱补水泵启动直至供热水箱处于中水位S2时停泵;

(3)空气源热泵控制

启泵条件:当供热水箱内T4<55℃,热泵循环泵启动,热泵与热泵循环泵同步并延时启动;停泵条件:当T4>60℃时,热泵停止,热泵循环泵延时停止;

(4)变频供水泵控制(受供水管压力控制器控制)

(5)回水电磁阀控制

当T5<40℃时,电磁阀开启;至T5>45℃时,电磁阀延时关闭。

(6)冷水补水电磁阀控制

受贮热水箱内水位控制,当水位低于S2时,电磁阀开启;当水位达到S3时,电磁阀关闭。

(7)系统具备自动控制及手动切换功能

(8)可选配置远程监控通讯接口

国标图集[2]给出的各种泵的启闭条件并不是很明确,而本系统中的每台泵都有明确的启闭条件。对于热水供水泵,推荐采用变频泵,能有效协调供水量和供水压力。针对学生宿舍用水特点,可以采用定时供水措施,也可以使学生养成定时作息的良好习惯。

1.2 热水系统计算

对于集热器的面积可以参考相关规范[3]计算;太阳能循环泵的参数,可以按照标准图集提供的方式进行计算;热水变频供水泵的参数,可以按照供水泵的性质计算。本文主要讨论热水定额的选择、贮热水箱计算和供热水箱计算,以及供热水水箱供水泵及热泵循环泵的计算。

1.2.1 热水用水定额的选择

规范[4]对设单独卫生间、公共洗衣室的学生宿舍的热水定额为60～100 L/人·日。根据2006年设计的深圳市教苑中学热水系统热水定额取80 L/人·日,2008年校方反应实际运行热水不够用,缺水量约20%。由此可见,对于深圳市学生宿舍的热水定额应取规范中的上限,即100 L/人·日比较合适。

1.2.2 贮热水箱计算

太阳能热水系统贮热水箱容积既与太阳集热器总面积有关,也与热水系统所服务的建筑物的要求有关,对太阳能集热系统的运行效率和整个热水利用系统都将产生重要的影响。一般来说,对应于每平米集热器需要的贮热水箱容积为40～100 L[5],对于深圳来说,本文推荐值为80 L。

1.2.3 供热水箱计算

集中热水系统的供热水箱容积应根据日用热水小时变化曲线及太阳能集热系统的供热能力和运行规律,以及常规能源辅助加热装置的工作制度、加热特性和自动温度控制装置等因素按积分曲线确定[206]。供热水箱容积和贮热水箱容积之和为最大小时热水用水量的4.5倍。但当供热水箱计算容积小于贮热水箱容积的40%时,太阳能热水系统可以采用单水箱的方式,但水箱容积仍按最大小时热水用水量的4.5倍计算,而不是按每平米太阳能集热器对应75 L的水箱容积选取[5]。

1.2.4 供热水箱补水泵计算

在上述系统控制原理运行的情况下,推荐其流量采用平均小时热水用水量。

1.2.5 热泵循环泵计算

热泵的加热方式分循环加热式和直热式系统,采用循环加热式并不需要每台热泵都配热泵循环泵,可以把所有热泵同程并联后配备一用一备的热泵循环泵,热泵循环泵流量对应于所有热泵总的产水量。

2 讨论

集热器的面积按照平均日热水用水量计算,而热泵的制热量则按照最大小时热水用水量计算;对于贮热水箱和供热水箱总容积,文献[1]提供了四种计算方式,但按照平均日热水用水量计算,对深圳市学生宿舍来说偏小,推荐采用最大小时热水用水量的4.5倍。对于定时和全日制供热问题,笔者认为应根据学校性质具体考虑,对于中小学生宿舍应采用定时供热系统,对于大中专学生宿舍可以采用全日供热系统。

3 结束语

本文从建筑给排水设计的角度提出了对于深圳市的学生宿舍太阳能热水系统的计算方法和控制系统原理,并且具有节能环保特性,运行稳定可靠。

摘要：提出一套合理的太阳能热水系统控制原理,并给出了适合深圳市学生宿舍的基于双水箱系统的太阳能热水系统设计计算方式。

关键词：双水箱,太阳能热水系统,学生宿舍

参考文献

[1]郑毅.西藏某培训中心太阳能热水系统设计探讨[J].给水排水,2007,33(5):74-78.

[206]SS128,太阳能集中热水系统选用与安装[S].

[3]GB50364-2005,民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S].

[4]GB50015-2003,建筑给水排水设计规范[S].

太阳能供电的LED照明系统设计 篇10

石化能源危机时代的降临和能源使用成本的全面上涨正加剧了世界能源危机, 世界各国都在寻求解决能源危机的办法[1,2]。一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用;另一条是寻求新的节能技术, 降低能源的消耗, 提高能源的利用效率[3,4,5]。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源, 是一种巨量可再生能源[6,7,8,9]。太阳能光伏电池的发电原理是光生伏特效应, 对晶体硅太阳能电池来说, 开路电压的典型数值为0.5-0.6 V, 通过光照在界面层产生的电子一空穴对越多, 形成的电流越大。界面层吸收的光能越多, 同样形成的电流也越大。目前应用和研究的太阳能电池主要有硅太阳能电池、化合物半导体电池和染料敏化太阳能电池。而节能技术研发方面以LED照明最为显著[10,11,12], 随着相关技术的深入研究, LED的发光效率正在不断提高, 超高亮度的LED将要问世, 势必会取代普通照明电光源, 并大量节约能源且无污染[13,14,15,16,17]。由于LED的工作电流是直流, 且工作电压较低。太阳电池将光能转化为直流电能, 且太阳电池组件可以通过串并联方式组合得到实际需要的电压。这些特点恰好与LED相匹配, 两者结合将获得很高的能源利用率、较高的安全性能和可靠性, 实现节能、环保、安全、高效的照明系统, 实现十分完美的结合[18,19,20,21]。

本文将研究太阳能与LED结合的太阳能驱动LED照明系统, 重点研究太阳能的充电电路、LED智能照明的控制电路和LED驱动电路。充分利用两者的结合不需要将太阳能电池产生的直流电转化为交流电, 因此大大提高了整个照明系统的效率。同时, 借助于并网技术或利用蓄电池充放能量, 使其优势更加明显。

2. 充电电路的设计

根据选用的蓄电池是12V铅酸充电电池, 所以采用基于UC3906密封铅酸蓄电池充电专用芯片作为铅酸充电电池的充电芯片, 芯片具有环境温度自适应、充放电程度自适应、以及限流、欠压保护功能、工作稳定, 性能可靠等优点, 能使充电器各种转换电压随电池电压的温度系数的变化而变化, 从而使密封铅酸蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。

UC3906的一个非常重要特性就是具有精确的基准电压, 其基准电压随环境温度而变, 且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。同时, 芯片只需1.7m A的输入电流就可工作, 这样可以尽量减小芯片的功耗, 实现对工作环境温度的准确检测, 保证电池既充足电又不会严重过充电。除此之外, 芯片内部还包括一个输入欠压检测电路以对充电周期进行初始化。同时使用UC3906只需很少的外部元器件就可以实现对密封铅酸蓄电池的快速精确充电, 电路搭建简单。

由于只需很少的外部元件就可以在很宽的温度范围内实现电池的精确快速充电, 所以采用UC3906简化了蓄电池充电器的设计过程。

以12V7Ah铅酸蓄电池为例, 设计的智能充电器基本原理如图1, 充电器的输出电压、电流和各状态的转换电压由R1、R3、R4、R6和R7决定。

3. 控制电路的设计

LED控制电路采用光敏电阻延时开关方式控制白光LED灯的亮灭。光敏控制电路见图2, 光敏开关供电采用5V恒压供电, 为光敏电阻提供一个静态工作状态, 保证光敏电阻工作稳定。当天亮有光照时, 光敏电阻阻值变小, 光敏电阻的信号输出端产生低电平输出, 当天黑没有光照时, 光敏电阻阻值变大, 光敏电阻的信号输出端产生高电平输出, 输出信号输入到8051单片机, 通过单片机内置程序, 延时一段时间作出相应的开关操作。

为了提高控制信号的稳定性, 在单片机控制信号输入端串联了足够大的电感, 保证控制电流平稳地变化。

延时电路见图3, 延时电路采用89C51芯片, 当光敏电阻产生“天亮”或“天黑”信号时, 芯片启动定时程序, 定时一段时间后, 作出关灯和开灯操作。延时程序框图如图4:

4. LED驱动电路的设计

白光LED驱动电路采用恒流驱动方式, 驱动电路与控制电路分开, 可以适应不同灯头的需求, 灵活变化。

采用PAM2842作为驱动芯片, 为LED提供恒定的电流。该芯片具有过压、欠压和过流等保护功能, 提高电路的可靠性。不会因为电路故障而造成LED损坏, 当电池电压降低或环境温度升高时都能保持电流的恒定。具有过流保护、过压保护、欠压锁定和过温保护, 使它可以避免永久性损坏, 也保护了它所驱动的LED。

PAM2842是高能LED驱动器, 它支持降压、升压、混合型的电路需求, 输出达30W, 具有软启动、模拟和脉宽细调功能。峰值效率达95%, 静态电流低。

当电压从12V降至10V时, LED中的电流变化量不到3%。保证LED两端的电压变化不会太大, 保证LED发光功率不会引起太大的波动, 符合路灯照明要求。二极管采用低压降、大电流的肖特基二极管, 以减少功耗。

芯片内部具有过压保护电路 (OVP) , 如果出现一个LED开路, 芯片的升压会被限制而不至于过高, 保护芯片本身不至于损坏。但由于所有LED为串联, 如果一颗LED开路, 必然会导致所有LED不亮。但是, 假如有一颗LED短路, 这时候, 由于有恒流环控制, 所以芯片会自动降低其输出电压, 而保持流过LED的电流不变, 因此不影响其它LED的工作。芯片会自动降低其输入电压, 从而保持LED的电流不变, 保证LED正常工作, 有利于延长LED的使用寿命。

5. 总结

为了提高太阳能与LED结合的高能源利用率、安全性能和可靠性, 实现节能、环保、安全、高效的照明系统, 本文研究太阳能的充电电路、LED智能照明的控制电路和LED驱动电路。实验结果证明, 所设计的电路能完成预期的功能, 提高能源的利用效率, 降低照明系统的能源消耗, 有着重要的技术应用价值和长期的社会经济意义。

摘要：由于太阳电池和LED的工作电流都是直流, 通过太阳电池组件可以通过串并联方式组合得到LED照明系统实际需要的电压。本文将研究太阳能与LED结合的高能源利用率、高安全性能和可靠性的照明系统, 重点研究太阳能的充电电路、LED智能照明的控制电路和LED驱动电路。结果证明本文的设计提高了太阳能的利用效率和降低了整个照明系统的能耗, 同时有望发展成为借助于并网技术实现蓄电池充放能量的技术方案。