PV-LED公路隧道照明系统的设计

发布时间：2017-06-13 13:07

  本文关键词：PV-LED公路隧道照明系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济的快速发展,公路隧道数量和里程的不断攀升,隧道照明能耗过大的问题越来越受到人们的关注。而采用光伏照明是解决该问题的主要方法之一。通常光伏照明系统会由于负载的需求而使用逆变器,但随之会增加能量损耗和系统成本。近年来,LED光源在技术上取得了重大突破,使光伏照明系统能够摒弃逆变器,实现光伏组件直接驱动LED光源。本文在陕西省工业领域重大科技成果产业化项目支持下完成。针对隧道照明能耗大的难题,结合光伏电源与LED光源直流特性相匹配的特点,设计了一套PV-LED (Photovoltaic-Light Emitting Diode,光伏发电直接驱动发光二极管)公路隧道照明系统。全文工作可总结为以下五个方面：(1) PV-LED隧道照明系统总体方案设计在隧道进出口段,设计了光伏组件直接驱动LED光源的加强照明方案,可使加强照明的亮度与隧道外太阳光照强度同步变化,有效解决了“黑洞”和“白洞”问题。且无需使用蓄电池和逆变器,大幅降低了一次性投入成本和使用成本。另外,为满足基本照明24小时连续工作的要求,设计了基本照明方案,即光伏组件白天直接给LED供电,同时将多余电量储存至蓄电池中,以备阴天和夜晚给LED供电。该总体方案实现了隧道照明的全覆盖,尤其使得大量处于偏远山区无市电的隧道也能实现加强照明和基本照明。(2)蓄电池充电控制器设计不当的充电方式会严重影响蓄电池的使用寿命,故采用了一种融合最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)充电、恒压充电和浮充电三个阶段的智能充电方法。通过分析现有MPPT算法的原理和优缺点,提出了切线式电导增量算法,有效解决了传统电导增量算法对光伏组件最大功率点跟踪时电压变化步长选取困难的问题。实验结果表明,所采用的智能充电方法控制效果良好,优于传统充电方法。(3)LED驱动器设计为满足LED基本照明灯组亮度不变的工作要求,设计了基于SMD802的LED恒流驱动电路。在此基础上,提出了一种基于轻载态延长LED使用寿命的方法,通过从热源减少热量的产生,进而降低结温,延长其使用寿命。实验及理论推导表明,该方法可使LED寿命约延长至1.2倍。(4)太阳能单轴跟踪器设计处于悬崖峭壁中的隧道,因安装光伏组件的空间面积十分有限,无法满足照明功率的要求。针对此情况,设计了一种太阳能单轴跟踪器。通过闭环控制调整光伏组件的方位角使之对准太阳,从而增加光伏组件的输出功率。(5)实验测试与工程设计通过实验数据分析可知,该系统既能保证基本照明全天候工作,又能满足加强照明与隧道外亮度同步变化的技术要求,达到了预期目标。并且结合某隧道具体情况,对系统中各组件参数进行了详细分析与计算,对实际应用具有一定的参考价值。PV-LED隧道照明系统在隧道照明技术要求的基础上进行了优化设计,不但实现了隧道照明的全覆盖,而且有效提高了太阳能利用率,为太阳能在隧道照明领域更大范围地推广应用奠定了坚实的基础。
【关键词】：隧道照明 PV-LED 智能充电 轻载降温 单轴跟踪
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题背景与意义10-12
• 1.2 公路隧道照明国内外研究现状及发展趋势12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.2.3 发展趋势14-15
• 1.3 本文主要工作及内容安排15-16
• 2 PV-LED隧道照明系统总体方案设计16-20
• 2.1 公路隧道照明简介16-17
• 2.2 系统方案设计17-18
• 2.3 系统能流分析18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 蓄电池充电控制器设计20-40
• 3.1 充电策略研究20-23
• 3.2 最大功率点跟踪23-28
• 3.2.1 最大功率点跟踪原理23-25
• 3.2.2 改进型最大功率点跟踪算法25-28
• 3.3 硬件电路设计28-34
• 3.4 软件程序设计34-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 LED驱动器设计40-48
• 4.1 LED恒流驱动电路设计40-42
• 4.2 延长LED使用寿命新方法42-47
• 4.2.1 技术背景42
• 4.2.2 应用方法42-47
• 4.3 本章小结47-48
• 5 太阳能单轴跟踪器设计48-59
• 5.1 追口跟踪原理48-49
• 5.2 追日跟踪方式选择49-51
• 5.3 硬件电路设计51-55
• 5.4 软件程序设计55-58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 PV-LED隧道照明系统实验测试及工程设计59-68
• 6.1 实验测试与结果分析59-62
• 6.1.1 实验测试59-60
• 6.1.2 实验结果与分析60-62
• 6.2 工程设计62-67
• 6.2.1 隧道各路段分析62-64
• 6.2.2 灯具排布64-65
• 6.2.3 各组件参数分析与计算65-67
• 6.3 本章小结67-68
• 7 总结与展望68-70
• 7.1 全文总结68-69
• 7.2 工作展望69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表的学术论文目录及申报专利76
• 攻读学位期间参与的科研项目76-78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;国外照明新产品[J];灯与照明;2001年02期

2 刘军 ,胡广振;一种新的用于照明系统的节电装置[J];节能;2002年06期

3 童平云;车间照明系统的节能改造[J];电气时代;2005年11期

4 于振国;;浅谈平台照明系统的设计[J];中国修船;2006年02期

5 赵龙;;照明系统的节电改造[J];上海节能;2006年04期

6 孙爽;;国外照明刊物目录摘译[J];中国照明电器;2007年11期

7 刘方伟;;高速公路照明系统未来之路[J];科技信息;2011年09期

8 陈红玉;etage8;;机车照明系统[J];设计;2013年10期

9 黄彦辉;一种新型港口自动化照明系统的设计与实践[J];港口装卸;2002年04期

10 白杉,子荫;半导体灯掀起照明的绿色革命[J];信息产品与节能;2003年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 沈文恩;;论照明系统的最新节能解决方案[A];通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C];2008年

2 陈约奇;;项目教学与学科交叉在照明系统安装中的应用[A];中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集（中册）[C];2013年

3 张苏新;;3M光导照明系统[A];海峡两岸第七届照明科技与营销研讨会专题报告文集[C];2000年

4 ;飞利浦光导纤维照明系统介绍[A];首届光导纤维及光导管在照明领域应用科技研讨会专题报告文集[C];2000年

5 洪皓成;;海峡两岸照明科技与营销研讨会十周年妼庆[A];海峡两岸第十届照明科技与营销研讨会专题报告文集[C];2003年

6 杨平;李少林;谭刚林;;智能家居照明系统设计[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年

7 刘志东;;光导照明系统的基本结构及工作原理[A];第十届中国科协年会光伏技术与照明节能技术论坛论文集[C];2008年

8 陈浩;张昊然;;体育场照明系统管理[A];第二十四届中国(天津)2010’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2010年

9 张玺;;无线智能照明控制系统[A];《室内照明节能与新技术研讨会》论文集[C];2009年

10 万宁;胡海峰;何礼;;谈小型离网式光伏公共照明系统在工程中应用[A];2011建筑工程电气技术文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 龙镇 通讯员 陈敏;“情调照明”闪亮登场[N];广东科技报;2013年

2 李长灿 唐密;智能化家禽照明系统“照亮”养殖场[N];中国畜牧兽医报;2013年

3 ;德洛斯携上海照明学会首推路桥照明新产品[N];民营经济报;2009年

4 本报记者 陈恒才;中山灯饰“闪耀”世博[N];中山日报;2010年

5 任见;中国桥梁照明设计中的常见误区[N];中国建设报;2010年

6 北京智美照明设计公司 首席照明设计师 任见;桥梁照明设计三个误区剖析[N];消费日报;2010年

7 本报记者 任欢欢;高照明标准 低照明能耗[N];中国建设报;2010年

8 潘荣军 本报记者 尚行宇;着手实施改进方案[N];贵阳日报;2007年

9 本报记者 马津;雷士应对挑战抢先发力[N];中国工商报;2008年

10 记者 关媛媛;我市LED产业迎来发展良机[N];重庆日报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 丁毅;自由曲面光学器件的设计及其在照明系统中的应用[D];浙江大学;2009年

2 刘虹;发光二极管照明国家发展预测模型研究[D];天津大学;2005年

3 江海波;自定义照明模式分辨力增强技术研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2015年

4 张文字;CF-LCoS微型投影光引擎的LED照明系统研究[D];浙江大学;2010年

5 陈恩果;曲面斜率角控制法的理论研究及其在LED照明的CF-LCoS微型投影光引擎中的实现[D];浙江大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 马嘉琳;城市照明系统的设计与研究[D];昆明理工大学;2015年

2 吴睿;智慧照明系统研究与实现[D];电子科技大学;2015年

3 孙龙笛;基于智慧形态的照明系统研究与设计[D];浙江大学;2016年

4 李艳艳;自适应LED补光照明系统的设计与实现[D];天津工业大学;2016年

5 王阳;某学生公寓供配电及照明系统设计[D];长春工业大学;2016年

6 缪智华;便携式OLED集中控制照明系统研究[D];福州大学;2014年

7 阳领;分布式LED照明系统的远程控制技术研发[D];湖南师范大学;2016年

8 冯晓姗;PV-LED式隧道加强照明系统的应用研究[D];陕西科技大学;2016年

9 赵东旭;PV-LED公路隧道照明系统的设计[D];陕西科技大学;2016年

10 杨泽明;智慧照明系统设计与实现[D];电子科技大学;2014年

  本文关键词：PV-LED公路隧道照明系统的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：446595