1茶園太陽能熒光燈殺蟲器設(shè)計(jì)摘 要：在茶園中不合理使用化學(xué)農(nóng)藥,不但會(huì)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(huì)污染茶樹和環(huán)境,使茶葉中的農(nóng)殘超標(biāo),危害消費(fèi)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(guān)系密切，因而，農(nóng)藥對(duì)土壤的污染是重要的環(huán)境問題之一。 所以對(duì)于昆蟲害的研究不能只是止于化學(xué)，應(yīng)該有一種更加有效合理的也蟲方法，這種滅蟲的方法是當(dāng)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(duì)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(duì)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(jìn)的太陽能技術(shù)，而且是物理的無公害的殺蟲方法，對(duì)害蟲進(jìn)行物理防治基于單片機(jī)的太陽能控制系統(tǒng)不僅可以利用在路燈應(yīng)用，其設(shè)計(jì)思路及其技術(shù)還可以廣泛使用到電池控制器，逆變控制器，汽車等領(lǐng)域，對(duì)相關(guān)科學(xué)具有推動(dòng)作用并且有很大拓展價(jià)值。太陽能電池發(fā)電是基于“光生伏特效應(yīng)”原理，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用充電效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能。具有永久性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)蓄電池過充、過放、逆變輸出過載等異常情況的多種保護(hù)措施；價(jià)格低廉，功能齊全，具有廣闊的市場(chǎng)空間．大力推廣使用后，必將創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：太陽能；熒光燈；殺蟲器；茶園；物理殺蟲2Design On Tea Garden Solar Fluorescent Insecticidal ImplementAbstract: 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 “l(fā)ight 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 killer31 前言1.1 研究目的和意義食品安全問題是關(guān)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(jì)數(shù)字，我國最近幾年的食品安全問題呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。上報(bào)食物中毒報(bào)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序和出口、制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問題。由于信息食品是一種“經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)品” 乃至 “后經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)品”，即食品的安全問題只有在食用之后才能有所體驗(yàn)和了解，甚至對(duì)于農(nóng)藥殘留等問題在一定程度上經(jīng)過體驗(yàn)之后也難以得出結(jié)論 。由于信息不對(duì)稱的存在，食品市場(chǎng)是一個(gè)“檸檬市場(chǎng)” 。[1]存在安全隱患、質(zhì)量低劣但成本低、價(jià)格便宜的食品會(huì)將質(zhì)量好但由于成本高而導(dǎo)致價(jià)格高的食品擠出市場(chǎng)。這破壞了公平競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)秩序。食品安全問題還會(huì)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(jìn)口食品。其原因是：雜質(zhì)，食品衛(wèi)生差，農(nóng)藥殘留，食品添加劑，色素問題，標(biāo)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(jìn)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(jì)損失，而且也使我國食品產(chǎn)品喪失了良好的信譽(yù)?？v觀名計(jì)民生，一個(gè)環(huán)保的安全的無殘留的衛(wèi)生市場(chǎng)迫在眉睫。生態(tài)茶園是當(dāng)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(diǎn)：對(duì)環(huán)境污染小，能有效地保護(hù)天敵，發(fā)揮持續(xù)控制作用。生物防治的缺點(diǎn)：殺蟲效果較慢，在高蟲口密度下使用不能達(dá)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(xué)防治速效，且人工繁殖培養(yǎng)有益生物的技術(shù)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(duì)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(chǔ)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(shù)的成熟情況，加上生物技術(shù)和生物習(xí)性的研究，比如生物的趨光性等，對(duì)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(zhuǎn)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(gòu)造，輔以特定的光源和365±50nm [2]波長，利用光譜變頻技術(shù)有效光波范圍更廣，誘殺害蟲。這樣不僅能對(duì)茶園害蟲進(jìn)行防治，又能保護(hù)環(huán)境，真正做到意義上的生態(tài)有機(jī)茶園。鱗翅目食葉類害蟲是一個(gè)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4蛾類和刺蛾類等。鱗翅目害蟲一生中經(jīng)過四個(gè)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(jìn)入暴食期，在種群密度大時(shí)，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(duì)藥劑]3[的抵抗力也比幼齡幼蟲要強(qiáng)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(yán)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(tái)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(huì)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(nèi)葉間成群轉(zhuǎn)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(jié)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(tái)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(duì)濕度大于 70％時(shí)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(dá) 3 年 。茶毛蟲的天]4[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(xué)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(yán)重，我國 1980年開始應(yīng)用溴氰菊酯防治家蠅，到 1985 年部分地區(qū)抗性已高達(dá) 20000 倍以上，且趨勢(shì)愈演愈烈。綜上研究，對(duì)于昆蟲害的研究不能只是止于化學(xué)，應(yīng)該有一種更加有效合理的也蟲方法，這種滅蟲的方法是當(dāng)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(diǎn)擊方法可以將害蟲殺死，不會(huì)有化學(xué)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(huì)使害蟲發(fā)生相應(yīng)抗性變異等。隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國都在尋求解決能源危機(jī)的方法，一條道路是尋求新能源和可再5生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術(shù)，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?.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(duì)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(duì)環(huán)境的破壞可想而知。現(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(dāng)前開發(fā)最快]5[的一種太陽能電池。它的構(gòu)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(jìn)行摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就在硅片上形成 PN 結(jié)。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(jié)，同時(shí)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(yàn)，用框架和材料進(jìn)行封裝。最后，根據(jù)用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(nèi)單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近 20% 。]6[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]7[陽能電池板作電源，它的技術(shù)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(chǎng)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 小時(shí)左右的太陽光照射，其電池板所產(chǎn)生的儲(chǔ)備電能則可供 13-15 小時(shí)使用。國內(nèi)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(shù) ，它]8[布置在農(nóng)作物種植區(qū)域，在夜間害蟲活動(dòng)時(shí)開啟，它借鑒熒光燈的殺蟲原理及經(jīng)驗(yàn)，利用昆蟲趨光、趨色、趨性的生物學(xué)特性，將燈光的波長設(shè)定在特定范圍內(nèi)，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(nèi)，達(dá)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(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）采用太陽能電池板和免維護(hù)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(chǔ)存在蓄電池內(nèi)，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(shí)現(xiàn)了能源的自給自足，在節(jié)約能源、降低成本的同時(shí)又免去了接拉電6線的麻煩。（2）對(duì)誘蟲燈的光波、波長及光色進(jìn)行綜合調(diào)整，針對(duì)害蟲的趨光性及晝伏夜出的生活習(xí)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(duì)益蟲的誘殺，提高了對(duì)害蟲的殺滅率，同時(shí)保護(hù)了田間的生態(tài)平衡。（3）采用了時(shí)間控制、光電控制、雨水控制技術(shù)并對(duì)電路使用了保護(hù)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(dòng)強(qiáng)度。通過對(duì)寬譜太陽能滅蟲器進(jìn)行滅蟲效果考核可知：該機(jī)具在茶田、蔬菜地、水稻田均能有效地殺滅害蟲，其中對(duì)茶尺蠖滅殺效果可達(dá) 40％以上 ，對(duì)金龜子等地下害]9[蟲誘殺率達(dá) 70％以上，對(duì)茶小綠葉蟬誘殺率在 40％左右；蔬菜地在設(shè)燈誘殺前，每平方米一般有害蟲 10－16 頭，設(shè)燈誘殺后，該田塊害蟲量減少為 3－5 頭，誘殺效果可達(dá) 60％左右；該機(jī)具對(duì)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(duì)灰飛虱的殺滅效果最佳。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。2) 查詢相關(guān)資料，對(duì)太陽能電池部分進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)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(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)。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(jī)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 74、納米晶太陽能電池板等。不論以何種材料來制作電池板，對(duì)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(zhuǎn)換效率 3、材料本身對(duì)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?；谝陨蠋讉€(gè)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，利用害蟲的趨光波特性，將頻振波作為一項(xiàng)誘殺害蟲成蟲新技術(shù)應(yīng)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(yuǎn)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(dá)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(duì)人畜安全，可用于大田防治，同時(shí)也可作為害蟲測(cè)報(bào)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(dòng)時(shí)間≦5s 5) 電網(wǎng)電壓 2200V±5% 6) 最高工作電壓燈管啟動(dòng)時(shí)間≦5s 7) 最低工作電壓燈管啟動(dòng)時(shí)間≦15s。2 太陽能電池部分設(shè)計(jì)2.1 太陽能電池板的材料選擇在安裝太陽能電池模塊時(shí)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(qiáng)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(dú)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8minI一體化的裝置功率可能達(dá)到幾百 kW，而大型地面安裝的裝置可以達(dá)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(dá) 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(jié)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(nèi)技術(shù)成熟情況，選擇單晶硅電池板，根據(jù)“世界主要太陽能新紀(jì)錄”顯示轉(zhuǎn)換率 24.7±0.5%。根據(jù)要求是 30W，所以可以設(shè)定如下：負(fù)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(shí)數(shù)=443/100=4.43h10Thm?3) 計(jì)算負(fù)載 24h 耗電量 P。 P=H/V=（30/12）×8=20AhV——負(fù)載額定電源4) 確定太陽能組件最佳電流太陽能組件應(yīng)輸出的最小電流為： 321min?TPI?式中，P 為負(fù)載每天總耗電量， 為蓄電池組件充電效率（ 0.80~0.90） ， 為太1?2?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)，通常可取 0.9~0.95， 為太3陽能電池組件組合損失和對(duì)最大功率點(diǎn)偏離的修正系數(shù)，通?？扇?0.9~0.95。取 =0.8； =0.9； =0.9 則1?23?=6.967A95) 計(jì)算太陽能陣列工作電流。=P(1+Q)/TmaxIQ——按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.21～1.00=20×（1+0.8）/4.5=8AmaxI在此取太陽能電池工作電流為 7A。?pI6) 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?yàn)?CS 電池市場(chǎng)價(jià)格較為低廉而且環(huán)保，所以暫時(shí)選定 CS 蓄電池，所以Vf=2.2V7) 太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓 Vt。Vt=α(T-25)Vfα 是太陽能電池組件的溫度系數(shù)，對(duì)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(jì)算太陽能電池陣列工作電壓 。pV= + + （其中 Vd=0.5～0.7）pfdt= 2.2+0.6+0.385=3.185Vp太陽電池陣列輸出功率 。W)25(1??TKVIpp?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(jí)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度、運(yùn)行環(huán)境等，在 1.05~1.30 之間選取，取 K=1.2。 =32.429WpW根據(jù) Vp、Wp 在硅電池平板組合系列表格（表 1） ，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和10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(biāo)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KGTYN80W/12V80 17.82 4.49 21.6 5 715V 1197×542×35125×125 7.8TYN75W/12V75 17.64 4.26 21.42 4.81 715V 1197×542×35125×125 7.8TYN60W/12V60 17.64 3.41 21.42 3.85 715V 771×666×25125×125 5.9TYN50W/12V50 17.64 2.84 21.42 3.21 715V 840×542×25125×125 4.8TYN45W/12V45 17.64 2.56 21.42 2.89 715V 630×542×25125×125 3.8TYN40W/12V40 17.64 2.27 21.42 2.56 715V 630×542×25125×125 3.8TYN35W/12V35 17.64 1.99 21.42 2.25 715V 630×542×25125×125 3.8TYN30W/12V30 17.64 1.71 21.42 1.93 715V 630×542×25125×125 3.8TYN25W/12V25 17.64 1.42 21.42 1.6 715V 652×292×25125×125 2.2TYN20W/12V20 17.28 1.16 21.24 1.31 715V 652×292×25125×125 2.2TYN15W/12V15 17.28 0.87 21.24 0.98 715V 540×292×18125×125 1.8TYN10W/12V10 17.28 0.58 21.24 0.66 715V 368×292×18125×125 1.4TYN5W/12V5 17.28 0.29 21.24 0.33 715V 210×292×18125×125 1.2根據(jù)表 1 兼考慮到轉(zhuǎn)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(jì)算知道，負(fù)載日耗電量 20Ah。在蓄電池充滿情況下，可以連續(xù)工作 7 個(gè)陰雨天，再加上第一個(gè)晚上的工作，蓄電池的容量：P=20×（7+1）Ah=160Ah選用一臺(tái) 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11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(guān)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(dú)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(shí)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 L ＥＤ選用中 3mm 的高亮度發(fā)光二管；6) IC１選用 NE555 或 561555 型時(shí)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(jī)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(nèi)。12由雨控、光控、高壓電網(wǎng)、藍(lán)色光、白色光和驅(qū)動(dòng)及交、直流電源等幾部分組成。燈管 H 的驅(qū)動(dòng)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(hào)正反饋到輸入端①腳，因功率開關(guān)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(diǎn)亮。調(diào)節(jié)電位器 RP2 可改變電路的振蕩頻率以調(diào)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(hào)，驅(qū)動(dòng)大功率管 3DDl5 導(dǎo)通，在行變壓器 T2 的次級(jí)感應(yīng)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(jī)行輸出變壓器代替，經(jīng)實(shí)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(shí)將行輸出高壓包的第②腳、⑤腳作為變壓器的初級(jí)，第④腳作高壓的負(fù)端 P2。外接電源為太陽能電板TYN50W/12V，合上開關(guān) S，邊工作邊對(duì) 12V200Ah 的蓄電池充電。該電路工作與否由繼電器 K 的動(dòng)合觸點(diǎn) K1-1 控制燈與高壓電路開關(guān)。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(gòu)成。濕敏傳感器實(shí)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(huì)迅速下降到幾千歐或幾百歐姆以下，此時(shí)三極管 VTl 導(dǎo)通，VD2 截止，繼電器 K 不動(dòng)作。觸點(diǎn) 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(huì)導(dǎo)致 VTl 導(dǎo)通、VT2 截止，燈、高壓電網(wǎng)電路也不工作。RP1 是調(diào)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(shí)，VT1 截止、VT2 導(dǎo)通，K 得電吸合，其觸點(diǎn) K1-1 動(dòng)作閉合，燈、高壓電路通電工作，燈管發(fā)光以引誘昆蟲。同時(shí)，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(diào)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(qiáng)度聚酯漆包線在骨架上平繞 30 匝，12用中 0．27mm 高強(qiáng)度聚酯漆包線繞 160 匝，注意層間要用黃蠟?zāi)z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(nèi)，在盒上開孔固定開關(guān) SA。調(diào)試時(shí)首先將電池或電瓶充足電，合上電源開關(guān) 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(diào)電位器 RP2 使燈管 H 發(fā)光最亮就行，松開手后燈管自動(dòng)熄13滅，說明調(diào)試即告完成。3.1.1 電路中燈管啟動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)證燈管等的啟動(dòng)時(shí)間主要受繼電器的影響，根據(jù)要求需要燈管的啟動(dòng)時(shí)間小于等于5 秒。為方便起見，選擇 DH48S 系列，其延時(shí)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(hù)蓄電池?；竟δ鼙仨毦邆溥^充保護(hù)、過放保護(hù)、光控、時(shí)控與防反接等。蓄電池放過充、過防保護(hù)電壓具有一般參數(shù)，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就會(huì)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(shí)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(shí) 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(diǎn) SA 向左吸合，這時(shí)電路中 C1 得電，而蓄電電路無電。這時(shí)電源通過電容器 C4、電阻器 R7 至“地” ，對(duì)C4 進(jìn)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(dāng)此電壓下降至 2/3Vcc 時(shí)，NE555 的③腳輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，為純電路工作?4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(shí)時(shí)間由 C4 及 R7 的值決定，T≈1.1C4R7。C5 可用數(shù)十 pF 至 1000μ F 的電容器，(C4+R7) 的值可取 2K～10M Ω。C1 的耐壓值應(yīng)≥400V，R1 的功率應(yīng)≥2W，K1-1 按鈕開關(guān)可選用 K-18 型的，繼電器的型號(hào)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(shè)計(jì)為了太陽能電池組件在一年之內(nèi)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。06?表 2 我國主要城市主要日照時(shí)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(shí)數(shù) h城市 緯度 ψ 最佳傾角φ年平均日照時(shí)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(jì)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 4.264.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì)抗風(fēng)設(shè)計(jì)分為兩部分：一為電池組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)；二為燈桿的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。4.2.1 風(fēng)速及風(fēng)力確定依據(jù)電池組件的技術(shù)參數(shù)資料，風(fēng)速和風(fēng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 3： 表 3 風(fēng)速和風(fēng)力對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 3 Wind speed and wind corresponding relation名稱 最大風(fēng)力(m/s) 風(fēng)速（級(jí)） 名稱 最大風(fēng)力(m/s) 風(fēng)速（級(jí)）熱帶低壓(TD) 10.8~17.1 6~7 臺(tái)風(fēng)(TY) 32.7~41.4 12~1315熱帶風(fēng)暴(TS) 2~24.4 8~9 強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY) 41.5~50.9 14~15強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)24.5~32.6 10~11 超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(Super TY)＞51.0 ≥16南方中部地區(qū)臺(tái)風(fēng)很少出現(xiàn)，大部分時(shí)間最多為熱帶低壓或者熱帶風(fēng)暴氣候，即為 8~9 級(jí)風(fēng)力強(qiáng)度，故選擇最小強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度就夠了。所以設(shè)定最大風(fēng)速V=25m/s。4.2.2 太陽能燈桿部分的力學(xué)分析如圖 3，焊縫所在面即燈桿破壞面。電池板的傾角Ａ＝ 06?燈桿高度ｈ＝2.5ｍ設(shè)計(jì)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 face4.2.3 燈桿破壞面地抗拒的計(jì)算受力分析如圖 4 所示：燈桿破壞面的抵抗力矩 W 的計(jì)算點(diǎn)到燈桿受到的電池板作用載荷作用線的距離設(shè)為 S，則S=（h+s ）sin =（2500+75cos ）sin ≈269mm=0.269m06?06?所以風(fēng)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(shè)計(jì)的 25m/s 的最大允許風(fēng)速，太陽能熒光燈殺蟲器 50W/12V 的電池板基本荷載為 300?？紤]安全系數(shù)為 1.3，則16F=1.3×300=390N則 M=F×S=390×0.269N·m=104.91N·m根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，圓環(huán)形破壞面的抵抗矩W=Π×（3r2δ+3r δ2+δ3）式中 r 為圓環(huán)內(nèi)徑，δ 為圓環(huán)寬度 則有 W= Π×（3×150×4+3 ×75×4+3×4）≈8520㎜3風(fēng)載荷在破壞面上作用矩引起的應(yīng)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(qiáng)度為 215MPa12.3KPa。所以，設(shè)計(jì)選取的焊縫寬度滿足要求，只要焊接質(zhì)量能保證，燈桿的抗風(fēng)符合要求。4.3 表面處理表面采用靜電涂裝新技術(shù)，達(dá)到自潔、抗腐蝕、耐老化的作用，并且適應(yīng)任何氣候環(huán)境。加工工藝設(shè)計(jì)為熱浸鋅的基礎(chǔ)上涂裝，提高產(chǎn)品性能。5 設(shè)計(jì)總結(jié)市電照明燈具電費(fèi)高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費(fèi)，要長期不間斷對(duì)線路和其它配置進(jìn)行維護(hù)或更換，維護(hù)成本逐年遞增。太陽能照明燈具免電費(fèi)：太陽能照明燈具是一次性投入，無任何維護(hù)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(zhì)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(yùn)行安全可靠。太陽能燈照明的其它優(yōu)勢(shì)：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(diǎn)；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分?jǐn)偛糠值馁M(fèi)用。綜上對(duì)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(jiǎn)便、自動(dòng)控制免維護(hù)等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設(shè)直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢(shì)。太陽能殺蟲燈以太陽光為能源，不需要鋪設(shè)復(fù)雜的管線，安全節(jié)能無污染?；趩纹瑱C(jī)的太陽能控制系統(tǒng)很好地把太陽能光伏技術(shù)與單片機(jī)智能控制技術(shù)結(jié)合了起來。而且具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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，而且減少了二17氧化碳的排放量。有關(guān)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(dāng)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(shù)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(shí)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(diào)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(yùn)行，導(dǎo)致在雷擊等情況下經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高壓浪涌，對(duì)設(shè)備安全造成威脅，只要設(shè)計(jì)和安裝適當(dāng)，系統(tǒng)具有很高的安全性。5.自主供電：離網(wǎng)運(yùn)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(jié)合的技術(shù)運(yùn)用在太陽能殺蟲燈領(lǐng)域完全符合“綠色，節(jié)能，低成本”的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念。我們這個(gè)課題具有很大的研究價(jià)值，而從上面一系列的分析中也不難看出這個(gè)課題本身所具有的潛在價(jià)值更是無法估量的。整體設(shè)計(jì)基本上考慮到了各個(gè)環(huán)節(jié)：光伏組件的峰瓦數(shù)選型設(shè)計(jì)與蓄電池容量選型設(shè)計(jì)采用了通用的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)思路比較科學(xué)，外表采用了陷阱的技術(shù)工藝，美觀而且耐用。18參考文獻(xiàn)[1] Harold J. 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