Nguyên lý làm việc của đèn đường LED năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng trực tiếp nhất, phổ biến nhất và sạch nhất trên trái đất. Năng lượng mặt trời là một lượng năng lượng tái tạo khổng lồ. Năng lượng bức xạ đến bề mặt trái đất mỗi ngày xấp xỉ 250 triệu thùng dầu. Có thể nói là vô tận và vô tận.

Hầu như toàn bộ quang phổ của đèn LED đều tập trung ở dải ánh sáng khả kiến ​​nên hiệu suất phát sáng cao. Hầu hết mọi người tin rằng đèn tiết kiệm năng lượng có thể tiết kiệm năng lượng đến 4/5 là một sự đổi mới tuyệt vời, nhưng đèn LED tiết kiệm năng lượng hơn đèn tiết kiệm năng lượng bằng 1/3, đây là một cải cách lớn hơn của các nguồn sáng trạng thái rắn.

Đèn LED năng lượng mặt trời tích hợp những ưu điểm của năng lượng mặt trời và đèn LED.

Giới thiệu hệ thống và nguyên lý làm việc của đèn đường LED năng lượng mặt trời

1. Giới thiệu về các thành phần cơ bản của hệ thống

Hệ thống gồm các thành phần pin mặt trời (bao gồm cả chân đế), đèn năng lượng mặt trời, hộp điều khiển (có bộ điều khiển và pin bên trong) và các cột đèn. Hiệu suất phát sáng của tấm pin mặt trời đạt 127Wp / m2, hiệu suất cao, rất có lợi cho thiết kế cản gió của hệ thống. Ở phần đèn, LED ánh sáng trắng 1W và LED ánh sáng trắng ấm 1W được tích hợp trên bảng mạch in và được sắp xếp thành ma trận điểm với khoảng cách nhất định làm nguồn sáng mặt phẳng.

Có thể bạn quan tâm: Làm thế nào để xác định chất lượng của đèn đường năng lượng mặt trời

Thân hộp điều khiển được làm bằng thép không gỉ, bền đẹp. Một pin axit-chì không cần bảo dưỡng và một bộ điều khiển phóng điện được đặt trong hộp điều khiển. Hệ thống sử dụng ắc quy axit-chì kín có van điều chỉnh, còn được gọi là “ắc quy không cần bảo dưỡng” vì chúng hiếm khi được bảo dưỡng. Dẫn đến giảm chi phí bảo trì hệ thống. Bộ điều khiển sạc và xả được thiết kế với đầy đủ các chức năng (với điều khiển ánh sáng, điều khiển thời gian, bảo vệ quá tải, bảo vệ quá tải và bảo vệ kết nối ngược…) và kiểm soát chi phí để đạt được hiệu suất chi phí cao.

2. Giới thiệu nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của hệ thống rất đơn giản. Pin mặt trời được chế tạo bằng cách sử dụng nguyên lý hiệu ứng quang điện, ban ngày tấm pin mặt trời nhận năng lượng bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng điện, được đưa vào pin lưu trữ thông qua bộ điều khiển sạc và xả. Vào ban đêm, khi độ rọi giảm dần đến khoảng 10 lux và điện áp hở mạch của tấm pin mặt trời khoảng 4,5V, bộ điều khiển sạc và xả sẽ hoạt động sau khi phát hiện giá trị điện áp này và pin sẽ phóng đèn. Sau khi pin được xả trong 8,5 giờ, bộ điều khiển sạc và xả sẽ hoạt động và quá trình xả pin kết thúc. Chức năng chính của bộ điều khiển sạc và xả là bảo vệ pin.

3. Ý tưởng thiết kế hệ thống

So với chiếu sáng năng lượng mặt trời nói chung, việc thiết kế đèn đường năng lượng mặt trời có các nguyên tắc cơ bản giống nhau, nhưng có nhiều liên kết hơn cần được xem xét. Sau đây sẽ lấy đèn đường năng lượng cao LED năng lượng mặt trời này của Tachyon Co., Ltd. làm ví dụ và phân tích nó theo một số khía cạnh.

3.1 Lựa chọn mô-đun pin mặt trời

Yêu cầu thiết kế: Khu vực CA, tải điện áp đầu vào 24V, công suất tiêu thụ 34,5W, giờ làm việc trong ngày 8,5h, đảm bảo ngày mưa liên tục trong 7 ngày.

⑴ Bức xạ trung bình hàng năm ở khu vực LA trong hai thập kỷ qua là 107,7Kcal / cm 2 , và số giờ nắng cao điểm là khoảng 3,424h sau khi tính toán đơn giản;

⑵ Tải điện năng tiêu thụ hàng ngày = = 12,2AH

⑶ Tổng dòng sạc của các mô-đun năng lượng mặt trời yêu cầu = 1,05 × 12,2 × ÷ (3,424 × 0,85) = 5,9A

Ở đây, thiết kế số ngày ngắn nhất giữa hai ngày nhiều mây và mưa liên tiếp là 20 ngày, 1,05 là hệ số tổn thất toàn diện của hệ thống mô-đun pin mặt trời và 0,85 là hiệu suất sạc pin.

⑷ Tổng công suất tối thiểu của các mô-đun năng lượng mặt trời = 17,2 × 5,9 = 102W

Việc lựa chọn các thành phần pin tiêu chuẩn có công suất đầu ra cực đại là 110Wp và 55Wp duy nhất phải có thể đảm bảo hoạt động bình thường của hệ thống đèn đường trong hầu hết các trường hợp trong năm.

3.2 Lựa chọn pin

Việc tính toán công suất thiết kế của pin đơn giản hơn so với công suất cực đại của các mô-đun năng lượng mặt trời.

Theo tính toán trên, công suất tiêu thụ hàng ngày của phụ tải là 12,2AH. Khi đầy pin, máy có thể hoạt động liên tục trong 7 ngày mưa, cộng với việc làm việc trong đêm đầu tiên, dung lượng pin:

12,2 × (7 1) = 97,6 (AH), hai pin 12V100AH ​​có thể đáp ứng yêu cầu.

3.3 Giá đỡ mô-đun năng lượng mặt trời

(1) Thiết kế góc

• Để cho phép các mô-đun pin mặt trời nhận được nhiều năng lượng bức xạ mặt trời nhất có thể trong một năm, chúng ta phải chọn một góc nghiêng tối ưu cho các mô-đun pin mặt trời.
• Các cuộc thảo luận về góc nghiêng tối ưu của mô-đun pin mặt trời đã xuất hiện rất nhiều trên một số tạp chí học thuật trong những năm gần đây. Khu vực sử dụng đèn đường lần này là khu vực LA. Theo thông tin trong tài liệu liên quan cho thiết kế này, góc nghiêng của giá đỡ mô-đun pin mặt trời được chọn là 16 o .

(2) Thiết kế chống gió

Trong hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời, một vấn đề kết cấu cần hết sức lưu ý đó là thiết kế khả năng cản gió. Thiết kế cản gió chủ yếu được chia thành hai phần, một là thiết kế cản gió của giá đỡ mô-đun ắc quy, hai là thiết kế cản gió của cột đèn. Hãy phân tích riêng hai mảnh trên.

● Thiết kế chống gió của khung mô-đun pin mặt trời

Theo dữ liệu thông số kỹ thuật của nhà sản xuất mô-đun pin, áp suất gió ngược mà mô-đun pin năng lượng mặt trời có thể chịu được là 2700Pa. Nếu hệ số cản gió được chọn là 27m / s (tương đương với bão thứ mười), theo cơ học chất lỏng không nhớt, áp suất gió trên mô-đun pin chỉ là 365Pa. Do đó, bản thân cấu kiện có thể chịu được tốc độ gió 27m / s mà không bị hỏng. Do đó, điều quan trọng nhất trong thiết kế là sự kết nối giữa khung lắp ráp pin và cột đèn.

Trong thiết kế hệ thống đèn đường, thiết kế kết nối của giá đỡ cụm ắc quy và cột đèn sử dụng cực bu lông để cố định mối nối.

● Thiết kế chống gió của cột đèn đường

Các thông số của đèn đường như sau:

Độ nghiêng của tấm pin A = 16o, chiều cao của cột đèn = 5m.

Thiết kế chọn chiều rộng đường hàn đáy cột đèn δ = 4mm, đường kính ngoài đáy cột đèn = 168mm

Bề mặt nơi có mối hàn là bề mặt phá hủy của cột đèn. Khoảng cách từ điểm tính toán P của mômen cản W của bề mặt sự cố cột đèn đến đường tác dụng của tải tấm năng lượng mặt trời F mà cột đèn nhận được là PQ = [5000 (168 6) / tan16 o ] × Sin16 o = 1545 mm = 1,545 m. Do đó, mômen của tải trọng gió trên bề mặt hư hỏng của cột đèn là M = F × 1.545.

Theo thiết kế, tốc độ gió tối đa cho phép là 27m / s, tải cơ bản của bảng pin đèn đường năng lượng mặt trời hai nắp 2 × 30W là 730N. Xét hệ số an toàn là 1,3, F = 1,3 × 730 = 949N.

Do đó, M = F × 1,545 = 949 × 1,545 = 1466N.m.

Theo phép tính toán học, mômen cản của bề mặt hỏng hình tròn W = π × (3r 2 δ + 3rδ 2 + δ3).

Trong công thức trên, r là đường kính trong của vòng và δ là chiều rộng của vòng.

Mômen cản đối với bề mặt hỏng W = π × (3r 2 δ ＋ 3rδ 2＋ δ3)

= π × (3 × 842 × 4 ＋ 3 × 84 × 42 ＋ 43) = 88768 mm 3

= 88,768 × 10 – 6 m 3

Ứng suất gây ra bởi mômen của tải trọng gió trên bề mặt hư hỏng = M / W

= 1466 / (88,768 × 10 -6 ) = 16,5 × 10 6 pa = 16,5 Mpa ＜＜ 215Mpa

Trong đó, 215 Mpa là cường độ uốn của thép Q235.

Do đó, chiều rộng của đường hàn được lựa chọn trong thiết kế đáp ứng yêu cầu, và miễn là có thể đảm bảo chất lượng hàn thì khả năng cản gió của cột đèn là không có vấn đề gì.

3.4 Bộ điều khiển

• Chức năng chính của bộ điều khiển sạc và xả năng lượng mặt trời là bảo vệ pin. Các chức năng cơ bản phải có bảo vệ quá tải, bảo vệ quá tải, điều khiển ánh sáng, điều khiển thời gian và chống kết nối ngược, v.v.
• Điện áp bảo vệ quá tải và quá tải của ắc quy là một thông số chung. Khi điện áp của acquy đạt đến giá trị đặt thì nó làm thay đổi trạng thái của mạch.
• Trong việc lựa chọn thiết bị, hiện có các máy vi tính và máy so sánh chip đơn. Có rất nhiều chương trình, mỗi chương trình có những đặc điểm và lợi thế riêng. Chương trình tương ứng nên được lựa chọn theo nhu cầu và đặc điểm của nhóm khách hàng, và tôi sẽ không trình bày chi tiết từng chương trình ở đây.

3.5 Xử lý bề mặt

Dòng sản phẩm này sử dụng công nghệ sơn tĩnh điện mới, chủ yếu là sơn phủ vật liệu xây dựng chuyên nghiệp FP, đáp ứng yêu cầu của khách hàng về màu sắc bề mặt sản phẩm và hài hòa với môi trường. Đồng thời, sản phẩm có đặc tính tự làm sạch cao, chống ăn mòn mạnh, chống lão hóa, phù hợp với mọi môi trường khí hậu. Công nghệ xử lý được thiết kế để phủ trên cơ sở mạ nhúng nóng, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của sản phẩm và đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt nhất của AAMA2605.2005. Các chỉ số khác đều đạt hoặc vượt các yêu cầu liên quan của Hiệp hội Điện Quốc tế.

4. Kết luận

Thiết kế tổng thể về cơ bản có tính đến tất cả các khía cạnh. Thiết kế lựa chọn công suất cực đại và thiết kế lựa chọn dung lượng pin của mô-đun quang điện áp dụng các phương pháp thiết kế phổ biến nhất hiện nay và các ý tưởng thiết kế tương đối khoa học. Thiết kế khả năng cản gió được phân tích từ hai phần giá đỡ mô-đun ắc quy và cột đèn, từ đó phân tích toàn diện hơn. Xử lý bề mặt bằng công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Cấu tạo tổng thể của đèn đường đơn giản và đẹp mắt. Hoạt động thực tế chứng minh rằng sự ăn khớp giữa từng mắt xích tốt hơn.

Hiện tại, vốn đầu tư ban đầu cho hệ thống đèn LED năng lượng mặt trời vẫn là một vấn đề lớn khiến chúng tôi đau đầu. Tuy nhiên, hiệu suất ánh sáng của pin mặt trời đang dần được cải thiện, và giá thành sẽ giảm dần. Tương tự, hiệu suất phát sáng của đèn LED trên thị trường ngày càng tăng nhanh, trong khi giá thành ngày càng giảm.

So với năng lượng mặt trời tái tạo, sạch, không ô nhiễm và bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng của đèn LED, thì năng lượng hóa thạch thông thường ngày càng trở nên căng thẳng hơn và sau khi sử dụng sẽ gây ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Do đó, là một loại ánh sáng ngoài trời trong thế hệ mới, đèn LED năng lượng mặt trời sẽ cho chúng ta thấy sức sống vô hạn và triển vọng rộng lớn.