PV-LED式隧道加强照明系统的应用研究

发布时间：2017-06-14 03:10

  本文关键词：PV-LED式隧道加强照明系统的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对隧道进出口区段加强照明系统具体技术要求和规范标准,特别是其亮度随着隧道外面太阳光强度而自动适应变化的特点,结合前期阳光输送机因机械机构复杂影响其系统可靠性,而传统光伏LED照明系统由于蓄电池部件导致成本上升等实际应用问题,提出了PV-LED式公路隧道加强照明系统的新方法。该方法既保持了阳光输送机光强自适应性的优势,又有效解决了系统可靠性差与成本高的难题,达到了预期目标；还通过散射太阳光发电等相关研究与应用使系统太阳能利用率得到有效提高。本文的主要研究工作可总结如下：(1)公路隧道照明系统的相关特性的研究公路隧道照明系统由基本照明系统和加强照明系统组成,基本照明系统一直处于连续工作状态以保证隧道内的行车安全；而加强照明系统则是为了消除在隧道进出口区段,因太阳光引起亮度梯度过大导致的“黑洞”和“白洞”现象同时,又实现节约用电的目标而专门设置；所以其工作状态与太阳光的有无及强弱有关而始终处于受控状态。(2)提出PV-LED式隧道加强照明系统方案对比三种不同类型的太阳能照明系统在隧道加强照明系统实际应用中存在的优缺点,根据市场需求,提出了一种高可靠性的PV-LED式隧道加强照明系统设计方案,即由PV光伏组件作为电源直接驱动LED光源发光照明的简单加强照明系统结构,其特点是继续保留了其亮度同步于太阳光强度优势,并有效回避了阳光输送机本身存在的因天气阴、晴变化而导致太阳光时有时无工作稳定性差的先天性缺陷；由于本系统无需配备蓄电池而使得成本大幅度下降；且系统中未使用自动跟踪部件使得可靠性得到很大提高。(3)阴雨天气情况下PV-LED式隧道照明系统的实验研究对该系统在阴雨天散射太阳光的光生伏特效应以及如何有效应用其所发电能进行了研究、探讨和试验,定量分析了在太阳光非正常照射状态下光伏电池板发电参数与光强之间的相互影响规律及电能可利用性,并设计了应用于系统的相应控制电路,主要通过检测隧道外光强信号并与阈值参数进行对比,再通过STC12C5A60S2单片机进行数据处理,利用输出开关信号来控制继电器的切换,实现不同天气状态下对电能的最优控制,从而实现了有效利用散射太阳光发电及提高太阳能利用效率的目标。(4)补充型系统设计对于光伏电池板安装空间受限制导致输出功率达不到要求的特殊情况,该系统不得不在原系统的基础上通过增加光伏电池板自动跟踪太阳的功能,以进一步提高太阳能利用率来满足其照明功率要求。为此设计了用混合跟踪法实现光伏电池板自动跟踪太阳的新功能,包括专门设计的U型机械结构和聚光型粗细调互补光信号传感器等,使得太阳能利用率提高了28.3%,且为系统进一步推广应用提供了技术支持。本文所研究设计的PV-LED系统已成功应用于绩黄高速黄山玉台隧道进出口区段加强照明系统中,并达到了预期的目标,相比于普通的光伏LED隧道照明系统,在可靠性提高、使用成本下降的同时,太阳能利用率得到有效提高,为太阳能在公路隧道加强照明领域进一步的推广应用从技术上铺平了道路。
【关键词】：隧道照明 加强照明系统 PV-LED 太阳跟踪 自适应
【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
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 研究的目的及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外现状12-13
• 1.2.2 国内现状13-14
• 1.3 本文的主要研究工作及章节安排14-16
• 2 隧道加强照明系统方案研究16-36
• 2.1 隧道加强照明的要求16-17
• 2.2 太阳能隧道加强照明方法17-29
• 2.2.1 阳光输送机17-18
• 2.2.2 太阳光直接隧道加强照明系统18-23
• 2.2.3 传统光伏LED隧道加强照明系统23-28
• 2.2.4 方案论述比较28-29
• 2.3 PV-LED式隧道加强照明系统29-30
• 2.4 阴雨天散射太阳光的实验研究30-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 PV-LED式隧道加强照明系统的控制系统设计与实现36-50
• 3.1 控制系统总体设计36-37
• 3.2 控制系统硬件设计37-43
• 3.2.1 主控芯片选型37-38
• 3.2.2 光信号检测模块38-40
• 3.2.3 阈值电路40
• 3.2.4 液晶显示模块40-41
• 3.2.5 继电器驱动电路41-42
• 3.2.6 通信接口电路42
• 3.2.7 稳压电源42-43
• 3.3 控制系统软件设计43-46
• 3.3.1 A/D转换程序设计43-44
• 3.3.2 液晶显示程序设计44-45
• 3.3.3 主程序设计45-46
• 3.4 上位机显示界面设计46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 补充型隧道加强照明系统的设计50-64
• 4.1 跟踪系统的总体设计50-51
• 4.2 跟踪系统机械结构设计51-53
• 4.3 跟踪系统硬件设计53-58
• 4.4 跟踪系统软件设计58-61
• 4.5 跟踪系统调试与分析61-62
• 4.6 本章小结62-64
• 5 总结与展望64-66
• 5.1 全文工作总结64
• 5.2 未来工作展望64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 附录A：控制系统硬件原理图72-73
• 附录B：实际工程部分设计图纸73-76
• 附录C：部分程序76-87
• 攻读硕士期间发表的学术论文及申报专利87
• 攻读学位期间参与的科研项目87-88

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