第一章 绪论
1.1 沈阳地理及气象分析
沈阳位于中国东北地区南部，辽宁省中部，以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。属于温带季风气候，年平均气温6.2～9.7℃，自1951年有完整的记录以来，沈阳极端最高气温为38.3℃（1952年7月18日），中心城区极端最低气温为-32.9℃（2001年1月15日），近郊近年来最低气温为-35.4℃（沈北新区2001年1月11日）；之前沈阳还观测到39.3℃（1920年）的高温，和-33.1℃（1950年）的低温。全年降水量600～800毫米，1951年至2010年市区年平均降水量716.2mm，全年无霜期155～180天。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少，最大降雪为2007年3月4日47.0毫米的特大暴雪；夏季时间较短，多雨，1973年8月21日曾下过215.5毫米的大暴雨。春秋两季气温变化迅速，持续时间短：春季多风，秋季晴朗。
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根据PVsyst软件计算结果，最终倾角确定为53度。
沈阳工程学院(位于道义开发区)的(1961-1990)年平均基本气候资料
表3 道义开发区的年平均基本气候资料(1961-1990)
水平 月 辐射 mWh/cm2 平均 382.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 196.9 299.9 412.7 498.4 569.3 543.7 477.2 455.1 434.3 320.7 气温 最高气温(0.1℃) (0.1℃) 最低气温(0.1℃) 极高气温极低气温相对湿日照时数平均风速降水 降水 日数(天) (0.1℃) (0.1℃) 度(%) (0.1h) (0.1m/s) (mm) 81.17 138.33 30.33 256.67 -100.92 62.92 2116.00 29.75 57.08 5.08 -115 -78 7 98 172 217 245 236 173 95 -52 -17 64 160 232 271 290 283 235 159 -166 -131 -44 38 111 166 204 193 119 41 86 149 198 293 343 352 352 357 307 292 -305 -272 -217 -125 2 78 124 80 10 -83 60 55 52 52 55 67 78 78 71 65 1671 1809 2313 2406 2672 2473 2143 2237 2355 2159 26 29 34 40 37 31 26 24 25 28 7 8 16 43 55 87 167 157 77 42 2 2 3 5 6 8 11 9 6 4 5
11 12 214.9 171.8 3 -79 57 -22 -42 -125 217 134 -201 -302 62 60 1643 1511 30 27 17 9 3 2 注：沈阳道义开发区位于(123゜26’E,41゜46’N)海拔高度43米
1.2 LED太阳能路灯系统的组成及功能
太阳能路灯系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、太阳能控制器 、蓄电池组（包括蓄电池保温箱）和灯杆有的还要配置逆变器等几部分构成。
太阳能电池组件一般选用单晶硅或者多晶硅太阳能电池组件；LED灯头一般选用大功率LED光源；控制器一般放置在灯杆内，具有光控、时控制、过充过放保护及反接保护，更高级的控制器更具备四季调整亮灯时间功能、半功率功能、智能充放电功能等；蓄电池一般放置于地下或则会有专门的蓄电池保温箱，可采用阀控式铅酸蓄电池、胶体蓄电池、铁铝蓄电池或者锂电池等。太阳能灯具全自动工作，不需要挖沟布线，但灯杆需要装置在预埋件（混凝土底座）上。
1.3 太阳能路灯照明系统工作原理介绍
系统工作原理如图1.1所示，利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电10小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是天黑时自动开灯；天亮时自动关灯；在蓄电池电量不足时，自动断开负载，防止蓄电池过放电；并有短路保护、反接保护等。
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图1.1太阳能led路灯系统原理图
1.4 设计思路及其设计原则
太阳能电池发电路灯系统设计的总原则是，在保证满足负载供电需要的前提下，确定使用最少的太阳能电池组件功率和蓄电池容量，以尽量减少初始投资。对系统设计者来说，在光伏发电系统设计过程中做出的每个决定都会影响造价。由于不适当的选择，可轻易地使系统的投资成倍地增加，而且未必见得就能够满足使用要求。
对于照明系统设计一般我们需要考虑以下几个问题：
（1）从功能上,道路照明系统的主要功能是保证交通安全，提高交通运输效率、保障人身安全、提供舒适环境、提升工厂形象。
（2）在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。 （3）另外还要结合当地的光资源情况。
在设计计算中，需要的基本数据主要有：现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔高度等；安装地点的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量及散辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。气象资料一般无法做出长期预测，只能以过去10年到20年的平均值作为依据。这些气象数据我们均可以在NASA上查到。若
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是当地有国家标准我们以国家标准为主。
采取目前国际上流行的“全年均衡冬半年最大” 的接收太阳能辐射量的光伏系统设计原则原则，即根据蓄电池均衡充电的要求，以夏半年和冬半年在组件面上的日辐射量相等，但同时还要使组件上冬半年的日辐射量尽量达到最大值，从而增加组件在太阳辐射强度较弱月份的发电量原则，来确定太阳能电池组件面的最佳倾角及其最佳发电电流值,同时统计出全年累计最大的连续亏欠电量,结合适当的蓄电池放电深度,确定出组件和蓄电池的合理搭配容量。
本次设计的主要思路为，查找沈阳当地气象数据，利用PVsyst软件模拟当地气象数据，包括包括地理纬度、年平均总辐射量、平均气温及极端气温等。确定固定式太阳能方阵的安装倾角，计算所确定倾斜面上的辐照量进而折算等效的年平均峰值日照小时数。分析负载类型和功耗，包括直流负载、交流负载（阻性负载、感性负载）功率，运行时间等。选择直流系统电压，进行蓄电池容量计算、太阳电池方阵容量计算，最后进行控制器、逆变器的计算和型号确定。
1.5 led路灯设计要求
假设沈阳工程学院某道路的LED路灯配置在次干道，选低档值Eav=10 lx，路面实际宽度Ws为8m，人行道为1m，单侧排列， 要求路灯每天工作9h,保证连续5个阴雨天能正常工作。位于123゜26’E,41゜46’N，采用截光型灯具。
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