光伏太阳能LED路灯照明系统设计概要.doc

圜圃圃光伏太阳能路灯照明系统设计木段现星，郑安平（郑州轻工业学院电气信息工程学院，郑州；河南机电职业学院机电工程系，郑州）摘要：介绍了一种智能型光伏太阳能路灯照明系统设计方案。根据蓄电池的充放电特性，采用充电模式对蓄电池进行充电。为保证在蓄电池电压降低或环境温度升高时有恒定的驱动电流，的驱动采用集成电路来控制电流。此外，太阳能电池板的选择和灯头设计更符合实际需要，保证了系统组成的匹配和稳定使用。关键词：光伏太阳能电池大功率智能控制智能充电：，：引言外恒流驱动电路设计简单，影响的使用寿命。光伏太阳能路灯照明系统具有太阳能与二者的优点，是解决当前能源危机和环境问题的一种随着社会经济的发展，传统的煤、石油、天然气等不可再生资源已经不能满足人们日益增长的能源需求，而清洁无污染、取之不尽用之不竭的太阳能以其独特的优势得到越来越广泛的重视。在光伏太阳能应用领域，太阳能照明占有重要的地位和份额，而太阳能路灯是一个具体而有价值的应用。传统的太阳能路灯控制系统电路简单，无法满足人们对控制系统智能化的需求。传统的蓄电池三阶段充电法（先恒流，再恒压，最后涓流），充电时间过长，如遇多云天气将使蓄电池不能充满电荷，缩短蓄电池的使用寿命；另好的办法，太阳能路灯具有极好的市场前景，而且也是开发可再生能源的一种最佳途径。本文提出的光伏太阳能路灯系统是一种智能化的控制系统，该系统充分考虑了蓄电池的充放电特性，采用高效的充电模式。的驱动采用集成电路来控制电流，保证当蓄电池电压降低或环境温度升高时依然能有恒定的驱动电流。基金项目：郑州市科技局科技攻关项目（项目编号：一）。作者简介：段现星年生，讲师，工程硕士。主要从事电气控制方面的教学与研究。机电一体化万方数据光伏太阳能路灯照明系统设计嗣太阳能路灯控制系统太阳能路灯照明系统就是利用太阳能电池的光伏效应，白天将太阳光能直接转换成电能存储在蓄电池中，晚上由蓄电池供给路灯，用于夜间照明。一套基本的太阳能路灯照明系统原理框图见图。各部分的作用介绍如下：（）驱动电路当蓄电池电压降低或环境温度升高时依然输出恒定的驱动电流提供给路灯，保证的亮度基本不变。（）大功率路灯作为太阳能路灯系统的负载，理想的灯具既要高效照明，又要尽可能地降低功率损耗。智能控制系统设计智能控制器原理太阳能路灯照明系统的智能控制器是专门针对太阳能直流供电系统，依据太阳能直流路灯系统的特点设计而成。系统采用专用微处理器芯片，实现智能化控制。该系统采用一键式轻触开关，能够完成所有操作及设置；同时具有短路、过载、防反接、充满过圈光伏太阳能路灯照明基本框图放自动关断、恢复等保护功能，实时显示充电、蓄电池状态、负载及各种故障指示。控制器通过微处理器对蓄电池的端电压、放电电流、环境温度等涉及蓄电池容量的参数进行采样，通过专用控制模式实现符合蓄电池特性的放电率、温度补偿的高精度控制；并采用了高效的充电模式，保证蓄电池始终工作在最佳状态，有效地延长了蓄电池的使用寿命。系统具有多种工作模式和输出模式供选择，满足不同的应用需要。该智能控制器的原理框图见图。（）太阳能电池利用光伏效应将太阳能直接转换成电能，提供给负载使用或存贮于蓄电池内备用。是太阳能路灯照明系统中的能量来源。（）控制系统是整个系统的控制中心，为蓄电池提供最佳的充电电流和充电电压，实现快捷、平稳、高效充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命，同时防止出现蓄电池过充电或过放电现象。（）智能充电由于太阳能输出的电压不智能充电设计根据太阳能电池板和蓄电池的特性，人们设计出稳定，由转换模块将其转换成稳定的直流电压，通过调整的占空比实现对蓄电池的智能充电。（）蓄电池储存来自太阳能电池板提供的直流电能，在需要的时候供负载使用。了恒流充电法、恒压充电法、三阶段充电法、最大功率跟踪法（）充电法等多种充电方法，但这些充电方法普遍存在着充电时间长、蓄电池容易析出气体且易老化的缺陷；为此，本项目采用低频智能充电输出图太阳能路灯智能控制器原理框图机电一体化万方数据法，可有效保证蓄电池工作在最佳状态，延长蓄电池的使用寿命。智能充电主要利用单片机自带的转换器，实时检测蓄电池的电压和充电电流”：当蓄电池电压较低时，脉冲的占空比，采用恒流充电；当蓄电池电压充到一个设定电压时，调整占空比，采用恒压方式充电；随着充电的进行，蓄电池的充电电流逐渐减小，当小到一定值时，降低占空比，采用浮充方式（涓流）给蓄电池充电，直到蓄电池充满电。采用充电方式，在的低电平期间蓄电池有足够的时间进行化学反应，这样就提高了蓄电池恒压充电的电压，缩短了蓄电池的充电时间，延长了蓄电池的使用寿命。智能充电的程序流程见图。（初始）采集堪是否，奄是恒流充电恒压充电酬浮充充电扳向、圈智能充电的程序流程路灯驱动设计路灯属于半导体产品，需要低压直流电源进行驱动。本项目采用集成电路来控制的电流，保证当蓄电池电压降低或环境温度升高时依然能有恒定的驱动电流。的应用电路”见图，电路输入电源电压为，驱动只串联的路灯。该电路最高输出电压可达，最大输出电流可达，但总输出功率不能大于，反馈电压为。串联电阻的阻值可以根据所要求的正向电流来确定。假设的正向电流为，则其阻值为，损耗为，对效率的影万方数据圜匝豳响基本可以忽略不计。电路采用低压降、大电流的肖特基二极管，以此减小功耗。电感需要采用高饱和电流、低的电感。此外，的工作频率有、和种选择，为降低开关损耗，通常选择的开关频率。具有很好的恒流特性，当输入电压从降至时，流过的电流变化还不到，这样就可以保证的亮度基本不变。芯片内部具有过压保护，如果有一个开路，芯片的升压会被限制不至于过高，保护芯片自身不损坏。另外，由于所有的为串联连接，当其中只断路，势必导致整个路灯不亮；但是，由于恒流控制，当有只短路时，芯片会自动降低其输出电压，保证流过的电流不变，这样不会影响其他的工作。圈的应用电路电池板的选择和灯头设计太阳能电池板的选择与设计平板式太阳能电池的电功率睨就是硅太阳能电池的容量，其大小取决于负载所消耗的电力取。由负载额定电压与负载所消耗的电力决定了负载消耗的容量。，另外还要考虑平均每天日照数及阴雨天造成的影响，这样计算出太阳能电池阵列工作电流，。由负载额定电压选取蓄电池公称电压，由蓄电池公称电压来确定蓄电池串联及蓄电池浮充电压匕，再考虑到太阳能电池因温度升高而引起的温升电压及（下转第舛页）机电一体化为基于模糊控制的城市客车动能再生系统，即可完成将值转存至中的：任务。查询表可根据试验情况随时增删或修改。控制器程序的其余项目在此不作赘述。结语邢科礼，李阳城市客车制动能量再生系统及其试验研究液压与气动，（）：一（）结合并联液压式动能再生系统的特点，设计赵春涛，姜继海，高维忠，等新型二次调节静液汽车传动系统汽车技术，（）：了一套基于的控制装置。（）对泵马达排量值的调节进行了研究，构建了一套基于模糊控制的排量调节算法，在中计算仿真并导出结果，应用查表法在中将其实现。（）搭建了汽车液压动能再生系统的模型，通过仿真分析检验了控制策略的合理性。制作完成的电器控制单元在实际运行中稳定可靠，响应迅速，被控对象运行过程无冲击、无噪声，经模糊调节的排量输出较好地适应了行驶工况。，）【，参考文献：，（上接第页）反充二极管结的压降，。所造成的影响，则可计算出太阳能电池阵列的工作电压匕。由太阳能电池阵列工作电流，与工作电压匕，便可计算出平板式太阳能据太阳能电池板的特性进行智能控制，提高了太阳能的利用率；采用智能充电方式延长蓄电池的寿命；采用具有智能调光性能的恒流源驱动大功率，较好地保护了，延长了蓄电池的放电时间，增加了路灯阴雨天气工作的天数，提高了太阳能路灯的工作时间。电池组件发电功率睨，从而设计出太阳能电池组件容量彤。由设计出的容量形，与太阳能电池阵列工作电压，确定硅电池平板的串联块数与并联组数“。灯头的设计大功率路灯在工作时会产生一定的热量，所参考文献钟君智能型太阳能路灯光伏电源控制器研究与开发西安：西安电子科技大学，周志敏，纪爱华太阳能路灯设计与应用北京：电子工业出版社，】杨晓光，寇臣锐，汪友华太阳能路灯照明控制系统的设计电气应用，（）：张明峰单片机入门与实战北京：北京航空航天大学出版社，以散热问题是设计路灯灯头首先要考虑的因素。根据现场环境、工作条件、整体可靠性、节能效果和日常养护难易程度等诸多情况的考虑，本项目路灯采用被动式散热方法。从结构、配光和造价等几方面考虑，本设计采用的灯壳具有结构小巧、使用材料少、质量较轻、外形轻薄的优点；同时与外置式散热器一体化设计，将线形散热鳍片的设置方向与道路通行的方向一致，并有一定的倾斜角度，利用雨水将积灰冲掉，利用道路上方空气的自然流动来散热，可以满足灯的照明及防护要求。结语本文设计的智能型太阳能路灯控制系统，依机电一体化：越杨光道路照明中大功率路灯散热方案的研究。照明工程学报，（）：万方数据光伏太阳能LED路灯照明系统设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：段现星， 郑安平段现星(郑州轻工业学院电气信息工程学院,郑州450002;河南机电职业学院机电工程系,郑州451191)， 郑安平(郑州轻工业学院电气信息工程学院,郑州,450002)机电一体化Mechatronics2011,17(7)参考文献(6条)1.钟君 智能型太阳能路灯光伏电源控制器研究与开发 20102.杨晓光;寇臣锐;汪友华 太阳能LED路灯照明控制系统的设计 2009(03)3.杨光