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目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關鍵詞……………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………3
1.1 研究目的意義…………………………………………………………3
1.2 研究現(xiàn)狀………………………………………………………………5
1.3 設計任務及基本要求…………………………………………………6
1.4 太陽能熒光燈殺蟲器的分類、工作原理及其主要參數(shù)……………6
1.4.1 太陽能電池板的分類…………………………………………6
1.4.2 太陽能熒光燈殺蟲器工作原理………………………………7
1.4.3 主要參數(shù)………………………………………………………7
2 太陽能電池部分設計…………………………………………………………7
2.1 太陽能電池板的材料選擇……………………………………………7
2.2 太陽能電池板的選型…………………………………………………8
2.3 蓄電池選型…………………………………………………………10
3 燈具部分及其電網(wǎng)…………………………………………………………10
3.1 燈具的滅蟲燈電路工作原理………………………………………10
3.1.1 電路中燈管啟動時間的驗證………………………………12
3.2 控制器………………………………………………………………13
４ 太陽能電池組件支架………………………………………………………13
4.1 傾角設計……………………………………………………………13
4.2 抗風設計……………………………………………………………14
4.2.1 風速及風力確定……………………………………………14
4.2.2 太陽能燈桿部分的力學分析………………………………15
4.2.3 燈桿破壞面地抗拒的計算…………………………………15
4.3 表面處理……………………………………………………………16
5 設計總結…………………………………………………………………16
參考文獻…………………………………………………………………………18
致 謝…………………………………………………………………………19
全日制普通本科生畢業(yè)設計
茶園太陽能熒光燈殺蟲器設計
DESIGN ON TEA GARDEN SOLAR FLUORESCENT INSECTICIDAL IMPLEMENT
學生姓名： 學 號：
年級專業(yè)及班級：
指導老師及職稱：
提交日期：
全日制普通本科生
畢業(yè)設計誠信聲明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
畢業(yè)設計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關鍵詞……………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………3
1.1 研究目的意義…………………………………………………………3
1.2 研究現(xiàn)狀………………………………………………………………5
1.3 設計任務及基本要求…………………………………………………6
1.4 太陽能熒光燈殺蟲器的分類、工作原理及其主要參數(shù)……………6
1.4.1 太陽能電池板的分類…………………………………………6
1.4.2 太陽能熒光燈殺蟲器工作原理………………………………7
1.4.3 主要參數(shù)………………………………………………………7
2 太陽能電池部分設計…………………………………………………………7
2.1 太陽能電池板的材料選擇……………………………………………7
2.2 太陽能電池板的選型…………………………………………………8
2.3 蓄電池選型…………………………………………………………10
3 燈具部分及其電網(wǎng)…………………………………………………………10
3.1 燈具的滅蟲燈電路工作原理………………………………………10
3.1.1 電路中燈管啟動時間的驗證………………………………12
3.2 控制器………………………………………………………………13
４ 太陽能電池組件支架………………………………………………………13
4.1 傾角設計……………………………………………………………13
4.2 抗風設計……………………………………………………………14
4.2.1 風速及風力確定……………………………………………14
4.2.2 太陽能燈桿部分的力學分析………………………………15
4.2.3 燈桿破壞面地抗拒的計算…………………………………15
4.3 表面處理……………………………………………………………16
5 設計總結…………………………………………………………………16
參考文獻…………………………………………………………………………18
致 謝…………………………………………………………………………19
茶園太陽能熒光燈殺蟲器設計
摘 要：在茶園中不合理使用化學農(nóng)藥,不但會殺死害蟲的天敵和有益生物,造成害蟲發(fā)生為害更加猖獗,而且會污染茶樹和環(huán)境,使茶葉中的農(nóng)殘超標,危害消費者的身體健康。?農(nóng)藥的使用與農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)等關系密切，因而，農(nóng)藥對土壤的污染是重要的環(huán)境問題之一。?所以對于昆蟲害的研究不能只是止于化學，應該有一種更加有效合理的也蟲方法，這種滅蟲的方法是當前害蟲防治的重要研究課題?，F(xiàn)在電子熒光燈的種類很多，根據(jù)所殺害蟲對光線頻率的不同，有適用于草地的、農(nóng)田的、家居的等多種光燈殺蟲器。但是大多都是直接使用交流電，這樣加大了電能的使用量，而電能的來源是靠火力或者水力發(fā)電，這樣對環(huán)境的破壞可想而知?，F(xiàn)在已經(jīng)有一部分的滅蟲器采用了電能的直接引用，方便而且環(huán)保。本太陽能殺蟲器不僅采用了先進的太陽能技術，而且是物理的無公害的殺蟲方法，對害蟲進行物理防治基于單片機的太陽能控制系統(tǒng)不僅可以利用在路燈應用，其設計思路及其技術還可以廣泛使用到電池控制器，逆變控制器，汽車等領域，對相關科學具有推動作用并且有很大拓展價值。太陽能電池發(fā)電是基于“光生伏特效應”原理，將太陽能轉化為電能，利用充電效應將太陽輻射直接轉化為電能。具有永久性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點，是其他能源無法比擬的。采用低損耗MOSFET全數(shù)字化控制方案的太陽能逆變控制器，不僅可靠性好、效率高，而且具有針對蓄電池過充、過放、逆變輸出過載等異常情況的多種保護措施；價格低廉，功能齊全，具有廣闊的市場空間．大力推廣使用后，必將創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
關鍵詞：太陽能；熒光燈；殺蟲器；茶園；物理殺蟲
Design On Tea Garden Solar Fluorescent Insecticidal Implement
Abstract: In tea garden of improper use of chemical pesticide, not only will kill pests, natural and beneficial biological caused by pests occur more rampant, and will harm tea tree and environment pollution of tea in the excess pesticide residues, harm consumer health. Pesticide use and agriculture, forestry, animal husbandry, therefore, close relations such as pesticides on soil pollution is one of the important environmental problems. So for the research can't just stop pests in chemistry, there should be a more effective and reasonable also insect methods, this method is currently an important research topic pest control. Now, many different kinds of electronic fluorescent lamp, according to kill pests to light the different frequency, suitable for lawn, farmland, household and so on many kinds of light insecticidal device. But mostly directly use the alternating current, so the usage of the increased power, and power source is to rely on fire or hydroelectric power, so imagine damage to the environment. Now there are part of an extermination device used electricity directly referenced, convenient and environmentally friendly. This solar insecticidal device not only adopted advanced solar technology, and is physical pollution-free insecticidal method of physical prevention and control pest solar control system based on single chip not only can use the streetlights application, its design thinking, and technology can widely used to battery controller, inverter controller, motorcar, etc, to related science has great development role and value. Solar power is based on "light born volts effect" principle, solar energy into electrical energy, using rechargeable effect will solar radiation directly into electricity. Use rechargeable effect will solar radiation directly into electricity. Permanent, clean sex and flexibility big advantages, is other energy and incomparable. By low loss MOSFET digital control scheme, the solar inverter controller not only good reliability, high efficiency, but also has the overcharge for battery, inverter, put the abnormal situation such as oveloading protection measures of; Low prices, the function is all ready, a broad market space. Popularized after use, will certainly create enormous economic benefits and social benefits.
Keywords:Solar energy;fluorescent light;insect killer;tea plant;physics killer
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關鍵詞……………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………3
1.1 研究目的意義…………………………………………………………3
1.2 研究現(xiàn)狀………………………………………………………………5
1.3 設計任務及基本要求…………………………………………………6
1.4 太陽能熒光燈殺蟲器的分類、工作原理及其主要參數(shù)……………6
1.4.1 太陽能電池板的分類…………………………………………6
1.4.2 太陽能熒光燈殺蟲器工作原理………………………………7
1.4.3 主要參數(shù)………………………………………………………7
2 太陽能電池部分設計…………………………………………………………7
2.1 太陽能電池板的材料選擇……………………………………………7
2.2 太陽能電池板的選型…………………………………………………8
2.3 蓄電池選型…………………………………………………………10
3 燈具部分及其電網(wǎng)…………………………………………………………10
3.1 燈具的滅蟲燈電路工作原理………………………………………10
3.1.1 電路中燈管啟動時間的驗證………………………………12
3.2 控制器………………………………………………………………13
４ 太陽能電池組件支架………………………………………………………13
4.1 傾角設計……………………………………………………………13
4.2 抗風設計……………………………………………………………14
4.2.1 風速及風力確定……………………………………………14
4.2.2 太陽能燈桿部分的力學分析………………………………15
4.2.3 燈桿破壞面地抗拒的計算…………………………………15
4.3 表面處理……………………………………………………………16
5 設計總結…………………………………………………………………16
參考文獻…………………………………………………………………………18
致 謝…………………………………………………………………………19
1 前言
1.1 研究目的和意義
食品安全問題是關系人民生命和健康的重大問題按照衛(wèi)生部提供的統(tǒng)計數(shù)字，我國最近幾年的食品安全問題呈現(xiàn)出上升趨勢。上報食物中毒報告例數(shù)、中毒人數(shù)和死亡人數(shù)都有較大的上升。食品安全問題已成為影響市場競爭秩序和出口、制約經(jīng)濟發(fā)展的重大問題。由于信息食品是一種“經(jīng)驗產(chǎn)品”乃至“后經(jīng)驗產(chǎn)品”，即食品的安全問題只有在食用之后才能有所體驗和了解，甚至對于農(nóng)藥殘留等問題在一定程度上經(jīng)過體驗之后也難以得出結論。由于信息不對稱的存在，食品市場是一個“檸檬市場”。存在安全隱患、質量低劣但成本低、價格便宜的食品會將質量好但由于成本高而導致價格高的食品擠出市場。這破壞了公平競爭的市場秩序。食品安全問題還會影響到我國的食品出口貿(mào)易。據(jù)美國FDA（食品、藥品監(jiān)督管理局）向中國衛(wèi)生部透露，2000年8月至2001年1月，美國FDA共扣留了634批中國進口食品。其原因是：雜質，食品衛(wèi)生差，農(nóng)藥殘留，食品添加劑，色素問題，標簽不清，沙門氏菌，李斯特菌，黃曲霉毒素污染等。衛(wèi)生部門的專家介紹，近年來，我國出口到美國、日本和歐盟等國家的的茶葉、蘑菇、肉類等農(nóng)產(chǎn)品和食品由于出現(xiàn)食品衛(wèi)生問題，紛紛被進口國退貨。貨物被扣或退貨不僅使我國蒙受了巨大的經(jīng)濟損失，而且也使我國食品產(chǎn)品喪失了良好的信譽?？v觀名計民生，一個環(huán)保的安全的無殘留的衛(wèi)生市場迫在眉睫。生態(tài)茶園是當今的熱門話題，生態(tài)茶園的主要害蟲防治措施為生物防治，然而有利也有弊。生物防治的優(yōu)點：對環(huán)境污染小，能有效地保護天敵，發(fā)揮持續(xù)控制作用。生物防治的缺點：殺蟲效果較慢，在高蟲口密度下使用不能達到迅速壓低蟲口的目的。由于生物防治效果易受環(huán)境因素的影響，作用不如化學防治速效，且人工繁殖培養(yǎng)有益生物的技術難度較高，能用于大量釋放的天敵昆蟲種類不多，多數(shù)天敵作用范圍較窄，對害蟲的捕食和寄生有選擇性等不足之處。如果能夠在生物防治的基礎上提出一種防治害蟲的辦法加以輔助，定能獲得更好的效果。所以根據(jù)目前能源技術的成熟情況，加上生物技術和生物習性的研究，比如生物的趨光性等，對于這些特性加以利用，制造出一種利用太陽能電池板將太陽光直接轉換成電能，提供能源給殺蟲器使用，然后利用昆蟲天生具有的趨光性。趨波性、趨色性的生理構造，輔以特定的光源和365±50nm波長，利用光譜變頻技術有效光波范圍更廣，誘殺害蟲。這樣不僅能對茶園害蟲進行防治，又能保護環(huán)境，真正做到意義上的生態(tài)有機茶園。鱗翅目食葉類害蟲是一個龐大的類群，已記載有100余種。大致可以歸納為毒蛾類、尺蠖蛾類、蓑蛾類和刺蛾類等。鱗翅目害蟲一生中經(jīng)過四個發(fā)育階段：卵—幼蟲—蛹—成蟲。主要以幼蟲咀食茶樹芽葉，造成危害。隨著蟲齡的增長食量也增加，一般到3齡以后（高齡幼蟲期）進入暴食期，在種群密度大時，可將茶樹葉片全部食盡，形成禿枝。據(jù)觀察，茶尺蠖的3-5齡幼蟲的食量約占幼蟲總食量的80-90％。而且高齡幼蟲對藥劑的抵抗力也比幼齡幼蟲要強得多?，F(xiàn)將鱗翅目害蟲的發(fā)生分類群敘述于后。毒蛾類中以茶毛蟲分布最為普遍，在我國各茶區(qū)均有發(fā)生，以管理粗放的老茶園中發(fā)生較嚴重。此外，此類主要害蟲尚有茶白毒蛾和茶黑毒蛾。茶黑毒蛾在安徽、浙江、貴州、臺灣等省發(fā)生。毒蛾類幼蟲不僅咀食葉片，而且體表具毒毛，人體皮膚接觸后，會引起紅腫痛癢，影響采茶等田間管理。茶毛蟲和黑毒蛾的卵成堆產(chǎn)于老葉背面。茶毛蟲的卵塊橢圓形，其上覆蓋有黃褐色絨毛。黑毒蛾的卵黃白色，近球形。茶白毒蛾的卵產(chǎn)于葉面，卵扁鼓狀，綠色。幼蟲一般有群集性。2齡多在叢內葉間成群轉移為害。3齡后分群，向上部枝葉群遷。幼蟲畏光怕高溫，夏季早晚在茶樹上部為害，中午移至中、下部。三種毒蛾幼蟲的色澤不同，茶毛蟲淡黃至黃褐色，體有黑色毛瘤，上生黃色毒毛。黑毒蛾體黑褐色，毒毛黑色。白毒蛾體黃褐色，毒毛白色。幼蟲老熟后，在表土（茶毛蟲）或落葉下（黑毒蛾）結繭化蛹。茶白毒蛾老熟幼蟲吐絲綴連2、3葉倒掛化蛹。成蟲有趨光性。多產(chǎn)卵于郁蔽茶園中，越冬卵則產(chǎn)于陽坡茶園。毒蛾類一般以卵在葉背越冬，白毒蛾和部分茶毛蟲也可以幼蟲在葉片上越冬。全年發(fā)生世代數(shù)為：茶毛蟲一般發(fā)生2代，南方茶區(qū)3-4代，臺灣省5代；茶白毒蛾一年6代；茶黑毒蛾4代。茶毛蟲的發(fā)生生態(tài)為：越冬卵需在氣溫12℃以上，相對濕度大于70％時孵化。因此，早春氣溫高低決定了第1代茶毛蟲發(fā)生期的遲早。在生態(tài)條件適宜，而無天敵控制下，茶毛蟲一般有間歇猖獗的特性。間歇期1、2年，長達3年。茶毛蟲的天敵種類多，已發(fā)現(xiàn)有茶毛蟲黑卵蜂、廣赤眼蜂、寄生幼蟲的茶毛蟲絨繭蜂、幼蟲—蛹寄生的寄生蠅以及捕食性天敵瓢蟲等。一直以來，化學防治因其使用方便，見效迅速成為滅蠅的主要手段，但由此產(chǎn)生的抗性和環(huán)境污染等問題也日益嚴重，我國1980年開始應用溴氰菊酯防治家蠅，到1985年部分地區(qū)抗性已高達20000倍以上，且趨勢愈演愈烈。綜上研究，對于昆蟲害的研究不能只是止于化學，應該有一種更加有效合理的也蟲方法，這種滅蟲的方法是當前害蟲防治的重要研究課題。為此，通過昆蟲的趨光特性，使用物理的點擊方法可以將害蟲殺死，不會有化學污染，被殺死的害蟲還能用于養(yǎng)魚等用途，方便而且無污染，不會使害蟲發(fā)生相應抗性變異等。隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的方法，一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術，降低能源的消耗，提高新能源的利用效率。而無所不在的太陽能，不僅僅天然而且不存在污染情況，有很好的發(fā)展?jié)摿Α?
1.2 研究現(xiàn)狀
現(xiàn)在電子熒光燈的種類很多，根據(jù)所殺害蟲對光線頻率的不同，有適用于草地的、農(nóng)田的、家居的等多種光燈殺蟲器。但是大多都是直接使用交流電，這樣加大了電能的使用量，而電能的來源是靠火力或者水力發(fā)電，這樣對環(huán)境的破壞可想而知?，F(xiàn)在已經(jīng)有一部分的滅蟲器采用了電能的直接引用，方便而且環(huán)保。
單晶硅太陽能電池,是以高純的單晶硅棒為原料的太陽能電池，是當前開發(fā)最快的一種太陽能電池。它的構造和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。該電池的制備過程為首先將單晶硅棒切成片，經(jīng)過拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。然后加工太陽能電池片，在硅片上進行摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進行。這樣就在硅片上形成P>N結。再采用絲網(wǎng)印刷法，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結，同時制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。經(jīng)過抽查檢驗，用框架和材料進行封裝。最后，根據(jù)用戶的系統(tǒng)設計，將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣。目前，國內單晶硅太陽能電池的光電轉換效率已經(jīng)接近20%。
荷蘭菲利浦照明燈具公司研究開發(fā)出一一種太陽能熒光燈殺蟲器。該器利用太陽能電池板作電源，它的技術創(chuàng)新之處在于采用了TL-l6mm的超節(jié)電燈管和高頻振流器，其耗電量比原來同功率的燈管低55%一60%，而殺蟲電場的電流和電壓更高，因此擊滅害蟲的距離和范圍更寬，只需有l(wèi)小時左右的太陽光照射，其電池板所產(chǎn)生的儲備電能則可供13-15小時使用。
國內的寬譜太陽能滅蟲器是一種節(jié)能環(huán)保的新型農(nóng)作物蟲害物理防治技術，它布置在農(nóng)作物種植區(qū)域，在夜間害蟲活動時開啟，它借鑒熒光燈的殺蟲原理及經(jīng)驗，利用昆蟲趨光、趨色、趨性的生物學特性，將燈光的波長設定在特定范圍內，引誘害蟲撲燈，燈外配有高壓電網(wǎng)觸殺，使害蟲落入收集器內，達到集中誘滅害蟲的目的。寬譜太陽能滅蟲器在使用過程中具備以下幾點優(yōu)勢：
（1）采用太陽能電池板和免維護鉛酸、鎳氫蓄電池，在白天通過太陽能電池板產(chǎn)生電能并儲存在蓄電池內，保證太陽能滅蟲器在夜間能夠正常工作，不需要外部提供電能，完全實現(xiàn)了能源的自給自足，在節(jié)約能源、降低成本的同時又免去了接拉電線的麻煩。
（2）對誘蟲燈的光波、波長及光色進行綜合調整，針對害蟲的趨光性及晝伏夜出的生活習慣，利用最佳波長及光波共振原理誘殺電殺害蟲，解決了一般滅蟲燈光譜較窄、滅蟲種類單一的問題；也避免了一般滅蟲燈對益蟲的誘殺，提高了對害蟲的殺滅率，同時保護了田間的生態(tài)平衡。
（3）采用了時間控制、光電控制、雨水控制技術并對電路使用了保護手段，提高了電能的使用效率，增加了太陽能滅蟲器的安全性、可靠性和使用壽命；避免了人工操作的繁瑣，節(jié)省了人工成本，降低了勞動強度。
通過對寬譜太陽能滅蟲器進行滅蟲效果考核可知：該機具在茶田、蔬菜地、水稻田均能有效地殺滅害蟲，其中對茶尺蠖滅殺效果可達40％以上，對金龜子等地下害蟲誘殺率達70％以上，對茶小綠葉蟬誘殺率在40％左右；蔬菜地在設燈誘殺前，每平方米一般有害蟲10－16頭，設燈誘殺后，該田塊害蟲量減少為3－5頭，誘殺效果可達60％左右；該機具對水稻田多種害蟲如白背飛虱、褐飛虱、灰飛虱、大螟、二化螟等均有一定的誘殺作用，尤其以對灰飛虱的殺滅效果最佳。
1.3 設計任務及基本要求
1) 根據(jù)課題，收集資料，擬定合理的太陽能熒光燈殺蟲器整體結構設計方案。
2) 查詢相關資料，對太陽能電池部分進行合理的設計。
3) 太陽能電池、燈座及電網(wǎng)主要參數(shù)的確定。
4) 太陽能熒光燈殺蟲器的裝配圖及零件圖的繪制。
5) 撰寫設計說明書一份。
1.4 太陽能熒光燈殺蟲器的分類、工作原理及其主要參數(shù)
1.4.1 太陽能電池板的分類
太陽能電池板的類型：制作太陽能電池板主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉換反應。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池板可分為：
1、硅太陽能電池板
2、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池
3、功能高分子材料制備的大陽能電池板
4、納米晶太陽能電池板等。
不論以何種材料來制作電池板，對太陽能電池板材料一般的要求有：
1、材料易于獲得，且成本低
2、要有較高的光電轉換效率
3、材料本身對環(huán)境不造成污染
4、材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。
基于以上幾個方面考慮，硅是最理想的太陽能電池材料，這也是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。
1.4.2 太陽能熒光燈殺蟲器工作原理
太陽能熒光燈殺蟲器借鑒黑光燈的基本原理及應用經(jīng)驗，利用害蟲的趨光波特性，將頻振波作為一項誘殺害蟲成蟲新技術應用于滅蟲器械，并將光的波長范圍拓寬為365±50nm，增加了誘殺害蟲的種類；利用光近距離、波遠距離引誘害蟲成蟲撲燈，燈外配以頻振高壓電網(wǎng)采用非接觸式方式，達到殺滅害蟲控制蟲害的目的。該燈無需市電，不用挖溝拉線，天黑燈亮，天亮燈熄，并且對人畜安全，可用于大田防治，同時也可作為害蟲測報工具。
1.4.3 主要參數(shù)
1) 絕緣電阻≧2.5MΩ
2) 工作電流≦137mA
3) 功率30W
4) 燈管啟動時間≦5s
5) 電網(wǎng)電壓2200V±5%
6) 最高工作電壓燈管啟動時間≦5s
7) 最低工作電壓燈管啟動時間≦15s。
2 太陽能電池部分設計
2.1 太陽能電池板的材料選擇
在安裝太陽能電池模塊時主要考慮是否為并網(wǎng)裝置，以及所需要的功率大小，陽光強度和安裝位置的條件（如屋頂?shù)膬A斜度等）。裝置大小由功率大小決定。最小的獨立型裝置功率只有幾瓦，家用太陽能發(fā)電裝置功率大約是2~4kW。大型太陽能建筑一體化的裝置功率可能達到幾百kW，而大型地面安裝的裝置可以達到幾MW。此外安裝模塊處的緯度，朝向和傾斜度也有影響。
一般而言10㎡的太陽能電池模塊功率可達1kW，但也因太陽能電池所用材料而有所不同，1㎡單晶硅電池方陣所提供的有用功率為90~110kW/年，而1㎡三結薄膜太陽能電池提供的有用功率為60~80kW/年。
參考南方的日照情況，以及國內技術成熟情況，選擇單晶硅電池板，根據(jù)“世界主要太陽能新紀錄”顯示轉換率24.7±0.5%。
根據(jù)要求是30W，所以可以設定如下：負載輸入電壓12V，功率30W，每天工作8h，保證連續(xù)陰雨天數(shù)7天。
2.2 太陽能電池板的選型
1) 確定每天日照輻射量。
年均日照總輻射量為每平方厘米97Kcal到114.5Kcal，即406.042KJ~479.297KJ，取輻射量為每平方米443KJ。
2) 確定平均峰值日照時數(shù)
=443/100=4.43h
3) 計算負載24h耗電量P。
P=H/V=（30/12）×8=20Ah
V——負載額定電源
4) 確定太陽能組件最佳電流
太陽能組件應輸出的最小電流為：
式中，P為負載每天總耗電量，為蓄電池組件充電效率（0.80~0.90），為太陽能電池組件表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)，通?？扇?.9~0.95，為太陽能電池組件組合損失和對最大功率點偏離的修正系數(shù)，通?？扇?.9~0.95。
取=0.8；=0.9；=0.9則
=6.967A
5) 計算太陽能陣列工作電流。
=P(1+Q)/T
Q——按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.21～1.00
=20×（1+0.8）/4.5=8A
在此取太陽能電池工作電流為7A。
6) 確定蓄電池浮充電壓Vf。
鎘鎳(GN)和鉛酸(CS)蓄電池的單體浮充電壓分別為1.4～1.6V和2.2V。
因為CS電池市場價格較為低廉而且環(huán)保，所以暫時選定CS蓄電池，所以Vf=2.2V
7) 太陽能電池溫度補償電壓Vt。
Vt=α(T-25)Vf
α 是太陽能電池組件的溫度系數(shù)，對單晶硅和多晶硅電池組件來說， a=0.005；T為太陽能電池組件的最高工作溫度（45℃~60℃），T=60℃
Vt=0.005×（60-25）×2.2=0.385V
計算太陽能電池陣列工作電壓。
=+ +（其中Vd=0.5～0.7）
=2.2+0.6+0.385=3.185V
太陽電池陣列輸出功率。
式中，α、T取值與上面相同，K為考慮一些未知工作因素，而引入的安全系數(shù)，可根據(jù)電壓等級、數(shù)據(jù)準確程度、運行環(huán)境等，在1.05~1.30之間選取，取K=1.2。
=32.429W
根據(jù)Vp、Wp在硅電池平板組合系列表格（表1），確定標準規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。
表 1 電池平板組合系列表
Table 1 Battery flat combination series
規(guī)格
標稱功率WP(W)
最大峰值VMP(V)
峰值電流
IMP（A）
最大開路電壓
VOC（A）
短路電流
ISC（A）
最大系統(tǒng)工作電壓
電池板尺寸
L×W×H（MM）
電池片規(guī)格CELL（MM）
重量
KG
TYN80W/12V
80
17.82
4.49
21.6
5
715V
1197×542×35
125×125
7.8
TYN75W/12V
75
17.64
4.26
21.42
4.81
715V
1197×542×35
125×125
7.8
TYN60W/12V
60
17.64
3.41
21.42
3.85
715V
771×666×25
125×125
5.9
TYN50W/12V
50
17.64
2.84
21.42
3.21
715V
840×542×25
125×125
4.8
TYN45W/12V
45
17.64
2.56
21.42
2.89
715V
630×542×25
125×125
3.8
TYN40W/12V
40
17.64
2.27
21.42
2.56
715V
630×542×25
125×125
3.8
TYN35W/12V
35
17.64
1.99
21.42
2.25
715V
630×542×25
125×125
3.8
TYN30W/12V
30
17.64
1.71
21.42
1.93
715V
630×542×25
125×125
3.8
TYN25W/12V
25
17.64
1.42
21.42
1.6
715V
652×292×25
125×125
2.2
TYN20W/12V
20
17.28
1.16
21.24
1.31
715V
652×292×25
125×125
2.2
TYN15W/12V
15
17.28
0.87
21.24
0.98
715V
540×292×18
125×125
1.8
TYN10W/12V
10
17.28
0.58
21.24
0.66
715V
368×292×18
125×125
1.4
TYN5W/12V
5
17.28
0.29
21.24
0.33
715V
210×292×18
125×125
1.2
根據(jù)表1兼考慮到轉換功率、損耗等因素可以選擇TYN50W/12V即可滿足條件。
2.3 蓄電池選型
根據(jù)上面的計算知道，負載日耗電量20Ah。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作7個陰雨天，再加上第一個晚上的工作，蓄電池的容量：
P=20×（7+1）Ah=160Ah
選用一臺12V200Ah的蓄電池就可以滿足要求了。
3 燈具部分及其電網(wǎng)
3.1 燈具的滅蟲燈電路工作原理
見圖1所示：
圖 1滅蟲燈電路
Figure 1 Exterminating pert
電路原件如下：
1) BX1為安全電阻，保證電源的穩(wěn)定安全；
2) VD1~VD4均選用1 N4007型硅整流二極管；VD5選用1 N4148型硅開關二極管；
3) C1選用耐壓值為25V的鋁電解電容器；C2選用耐壓值為16V的鋁電解電容器；C3和C4均選用獨石電容器；C5選用耐壓值為400V以上的CBB電容器；
4) RPl選用小型實心電位器或可變電阻器；RP2和RP3選用小型合成膜電位器或可變電阻器；
5) VＤ LＥＤ選用中3mm的高亮度發(fā)光二管；
6) IC１選用NE555或561555型時基集成電路；
7) T1選用3 -5VA、二次電壓為巧V的電源變壓器；T2使用高壓電擊器用脈沖變壓器或黑白電視機的行輸出變壓器；
8) Ｈ選用８W的黑光燈管，安裝在燈籠電網(wǎng)內。
由雨控、光控、高壓電網(wǎng)、藍色光、白色光和驅動及交、直流電源等幾部分組成。燈管H的驅動電路由TWH8751與RP2、C3組成脈沖振蕩器，RF2將IC2的輸出端④腳信號正反饋到輸入端①腳，因功率開關集成電路IC2的選通端②腳接地為低電平，所以電路符合起振條件。
振蕩電壓經(jīng)升壓變壓器T1升壓后，使燈管H點亮。調節(jié)電位器RP2可改變電路的振蕩頻率以調節(jié)燈管H的發(fā)光效率。高壓電路由NE555等組成脈沖振蕩電路，輸出高頻率的脈沖信號，驅動大功率管3DDl5導通，在行變壓器T2的次級感應出高壓脈沖，經(jīng)過整流二極管VD2輸出，可得到近萬伏的直流電壓。變壓器T3可用14、17英寸黑白電視機行輸出變壓器代替，經(jīng)實際使用性能特別好。
高壓包帶有硅堆正好用作本電路的高反壓二極管VD2，使用時將行輸出高壓包的第②腳、⑤腳作為變壓器的初級，第④腳作高壓的負端P2。外接電源為太陽能電板TYN50W/12V，合上開關S，邊工作邊對12V200Ah的蓄電池充電。該電路工作與否由繼電器K的動合觸點K1-1控制燈與高壓電路開關。雨控、光控電路由Q濕敏傳感器、RL光敏電阻器及三極管VTI，VT2等元件構成。濕敏傳感器實際上是用環(huán)氧的單面敷銅板制作而成，用小刀刻劃成兩組相鄰但互不接觸的電極．在干燥的情況下，兩組電極間電阻為無窮大。若下雨因被水淋濕，兩極間電阻就會迅速下降到幾千歐或幾百歐姆以下，此時三極管VTl導通，VD2截止，繼電器K不動作。觸點K1-I打開，燈，高壓電網(wǎng)電路均不工作。同理，若在白天，因光敏電阻RL受自然光線照射呈現(xiàn)低電阻，也會導致VTl導通、VT2截止，燈、高壓電網(wǎng)電路也不工作。RP1是調節(jié)光控、濕敏傳感器的工作穩(wěn)定性。只要在晴天的夜晚，Q濕敏傳感器與RL其等效電阻均為高阻時，VT1截止、VT2導通，K得電吸合，其觸點K1-1動作閉合，燈、高壓電路通電工作，燈管發(fā)光以引誘昆蟲。同時，由升壓變壓器T1升壓后加至高壓電網(wǎng)P1、P2以捕殺各類害蟲。制作與調試 Q濕敏傳感器可用45mm~65mm環(huán)氧樹脂單面敷銅板，采用刀刻．要求兩組電極銅箔條間距在3-5mm左右為宜。升壓變壓器采用E12或U12鐵氧體磁心，L1用Φ0.8mm高強度聚酯漆包線在骨架上平繞30匝，12用中0．27mm高強度聚酯漆包線繞160匝，注意層間要用黃蠟膠帶絕緣，磁芯之間要墊一層厚0．05mm的薄紙，然后將制成品浸漆烘干處理即可。將焊接好的電路板連同變壓器T1裝入體積合適的絕緣小盒內，在盒上開孔固定開關SA。調試時首先將電池或電瓶充足電，合上電源開關SA，在白天把MGA5型光敏電阻器用手擋住，燈管立即發(fā)亮，然后再微調電位器RP2使燈管H發(fā)光最亮就行，松開手后燈管自動熄滅，說明調試即告完成。
3.1.1 電路中燈管啟動時間的驗證
燈管等的啟動時間主要受繼電器的影響，根據(jù)要求需要燈管的啟動時間小于等于5秒。為方便起見，選擇DH48S系列，其延時范圍為0.01s~99h99min，根據(jù)需求任意選取，并且精度高、體積小、功耗小、性能可靠。
3.2 控制器
太陽能充放電控制器的主要作用是保護蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護、過放保護、光控、時控與防反接等。
蓄電池放過充、過防保護電壓具有一般參數(shù)，當蓄電池電壓達到設定值后就會改變電路的狀態(tài)。
在選用器件上，目前一般采用集成電路。工作原理：電路如圖1所示，它由降壓、整流、濾波及延時控制電路等部分組成。
集成電路IC1部分，如圖2：
圖2 IC1集成電路
Figure 2 IC1 integrated circuit
按下K1-1，12V工作電壓加至電路中，這時NE555的②腳和⑥ 腳為高電平，則NE555的③ 腳輸出為低電平，因此繼電器K得電工作，觸點SA向左吸合，這時電路中C1得電，而蓄電電路無電。這時電源通過電容器C4、電阻器R7至“地”，對C4進行充電隨著C4上的電壓升高，NE555的②、⑥腳的電壓越來越往下降，當此電壓下降至2/3Vcc 時，NE555的③腳輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，為純電路工作?
本電路只要元器件是好的，裝配無誤，裝好即可正常工作。
延時時間由C4及R7的值決定，T≈1.1C4R7。
C5可用數(shù)十pF至1000μF的電容器，(C4+R7)的值可取2K～10MΩ。
C1的耐壓值應≥400V，R1的功率應≥2W，K1-1按鈕開關可選用K-18型的，
繼電器的型號為JQX-13F-12V。其它元器件無特殊要求。
４ 太陽能電池組件支架
4.1 傾角設計
為了太陽能電池組件在一年之內受到盡可能多的太陽輻射，需要為太陽能選擇合適的傾角。根據(jù)下表2有：選擇傾角為比較合適。
表2 我國主要城市主要日照時間及安裝傾角
Table 2 Sunshine time and installation angle in cities of China
城市
緯度ψ
最佳傾角φ
年平均日照時數(shù)h
城市
緯度ψ
最佳傾角φ
年平均日照時數(shù)h
哈爾濱
45.68
+3
4.4
杭州
30.23
+3
3.42
長春
43.90
+1
4.8
濟南
36.68
+6
4.44
北京
39.8
+4
5
長沙
28.20
+6
3.22
蘭州
36.05
+8
4.4
廣州
23.13
-7
3.52
上海
31.17
+3
3.8
成都
30.67
+2
2.87
南京
32.00
+5
3.94
昆明
25.02
-8
4.26
4.2 抗風設計
抗風設計分為兩部分：一為電池組件支架的抗風設計；二為燈桿的抗風設計。
4.2.1 風速及風力確定
依據(jù)電池組件的技術參數(shù)資料，風速和風力的對應關系如下表3：
表3 風速和風力對應關系
Table 3 Wind speed and wind corresponding relation
名稱
最大風力(m/s)
風速（級）
名稱
最大風力(m/s)
風速（級）
熱帶低壓(TD)
10.8~17.1
6~7
臺風(TY)
32.7~41.4
12~13
熱帶風暴(TS)
2~24.4
8~9
強臺風(STY)
41.5~50.9
14~15
強熱帶風暴(STS)
24.5~32.6
10~11
超強臺風(Super TY)
＞51.0
≥16
南方中部地區(qū)臺風很少出現(xiàn)，大部分時間最多為熱帶低壓或者熱帶風暴氣候，即為8~9級風力強度，故選擇最小強熱帶風暴強度就夠了。所以設定最大風速V=25m/s。
4.2.2 太陽能燈桿部分的力學分析
如圖3，焊縫所在面即燈桿破壞面。
電池板的傾角Ａ＝
燈桿高度ｈ＝2.5ｍ
設計選取燈桿底部的焊縫寬度τ＝４mm
燈桿底部外徑φ＝150mm
圖3 焊縫所在面即燈桿破壞面
Figure 3 Weld failure face
4.2.3 燈桿破壞面地抗拒的計算
受力分析如圖4所示：
燈桿破壞面的抵抗力矩W的計算點到燈桿受到的電池板作用載荷作用線的距離設為S，則
S=（h+s）sin=（2500+75cos）sin≈269mm=0.269m
所以風載荷在燈桿破壞面上的作用矩：
M=F×S
圖4 受力分析
Figure 4 Stress analysis
根據(jù)前面設計的25m/s的最大允許風速，太陽能熒光燈殺蟲器50W/12V的電池板基本荷載為300。
考慮安全系數(shù)為1.3，則
F=1.3×300=390N
則 M=F×S=390×0.269N·m=104.91N·m
根據(jù)數(shù)學推導，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩
W=Π×（3r2δ+3rδ2+δ3）
式中r為圓環(huán)內徑，δ為圓環(huán)寬度
則有 W= Π×（3×150×4+3×75×4+3×4）≈8520㎜3
風載荷在破壞面上作用矩引起的應力
f=M/W=104.91N·m/8520㎜3≈12.3KPa
據(jù)資料顯示，常用的Q235鋼的抗彎強度為215MPa>>12.3KPa。
所以，設計選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質量能保證，燈桿的抗風符合要求。
4.3 表面處理
表面采用靜電涂裝新技術，達到自潔、抗腐蝕、耐老化的作用，并且適應任何氣候環(huán)境。加工工藝設計為熱浸鋅的基礎上涂裝，提高產(chǎn)品性能。
5 設計總結
市電照明燈具電費高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費，要長期不間斷對線路和其它配置進行維護或更換，維護成本逐年遞增。太陽能照明燈具免電費：太陽能照明燈具是一次性投入，無任何維護成本，三年可收回投資成本，長期受益。
市電照明燈具有安全隱患：市電照明燈具由于在施工質量、景觀工程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的沖突等方面帶來諸多安全隱患。太陽能照明沒有安全隱患：太陽能燈具是超低壓產(chǎn)品，運行安全可靠。
太陽能燈照明的其它優(yōu)勢：綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分攤部分的費用。綜上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動控制免維護等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢。
太陽能殺蟲燈以太陽光為能源，不需要鋪設復雜的管線，安全節(jié)能無污染?；趩纹瑱C的太陽能控制系統(tǒng)很好地把太陽能光伏技術與單片機智能控制技術結合了起來。而且具有電路結構簡單、工作穩(wěn)定可靠、實用性強等優(yōu)點。
1.節(jié)能環(huán)保:太陽能是一種清潔的可再生能源，它不僅節(jié)約了電能，而且減少了二氧化碳的排放量。有關數(shù)據(jù)表明太陽能每年可以減少7740萬噸二氧化碳就相當于節(jié)省了310億美元的二氧化碳減量成本。
2. 可靠耐用：太陽能殺蟲燈在惡劣的環(huán)境和氣候條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)很少發(fā)生故障；目前絕大多數(shù)太陽能電池組件的生產(chǎn)技術都足以保證10年以上性能不下降，太陽能電池組件可以發(fā)電25年或更長的時間。
3.安裝組件積木化：安裝靈活方便，便于用戶根據(jù)自己的需要選擇和調整太陽能的容量大小。
4.安全：太陽能殺蟲燈不使用易燃燃料，而且不像交流電那樣聯(lián)網(wǎng)運行，導致在雷擊等情況下經(jīng)常會出現(xiàn)高壓浪涌，對設備安全造成威脅，只要設計和安裝適當，系統(tǒng)具有很高的安全性。
5.自主供電：離網(wǎng)運行的太陽能殺蟲燈具有供電的自主性、靈活性。
太陽能與LED相結合的技術運用在太陽能殺蟲燈領域完全符合“綠色，節(jié)能，低成本”的現(xiàn)代化設計理念。我們這個課題具有很大的研究價值，而從上面一系列的分析中也不難看出這個課題本身所具有的潛在價值更是無法估量的。整體設計基本上考慮到了各個環(huán)節(jié)：光伏組件的峰瓦數(shù)選型設計與蓄電池容量選型設計采用了通用的設計方法，設計思路比較科學，外表采用了陷阱的技術工藝，美觀而且耐用。
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致 謝
本論文是在我的導師老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，李明老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此謹向李明致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
通過設計，讓我對太陽能工藝有了深層次的了解，加深了電工學知識的實際應用，開拓了新的視野，對新型能源有了清楚的認識，收獲頗豐。
在此，我還要感謝各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服各種困難，直到本設計完成。 在設計即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到設計的順利完成，有很多老師、同學、朋友幫助我，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!
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