一种基于太阳能和led的高功率自主路灯系统

一种基于太阳能和led的高功率自主路灯系统摘要 - 这项工作提供了一个以太阳能能源的主要来源，电池作为辅助光源，发光照明系统二极管（LED）作为照明光源的路灯照明系统。这个系统是作为一个偏远地区的替代，如道路和十字路口。此外，它提供高效率，因为所有功率级电路实现直流电流。LED的夹具的设计，以取代一个70W高压钠（HPS）灯，是执行。这设计考虑到人眼在暗视觉下的响应。 LED的驱动器和电池充电器实验结果已经出来。电池充电器提供了三种控制模式：最大功率点跟踪（MPPT）的模式，恒流模式;恒压模式。控制方式取决于电池状态（充电/放电），和太阳辐射水平。关键词 - 路灯照明，发光二极管，Fotopic视觉，暗视觉，太阳能，电池。导言如今，在巴西的发电厂主要基于hydroeletric能源。这是因为这个国家具有高水力发电潜力。然而，由于国家的大陆尺寸，能量分布系统是非常庞大和昂贵的。而且，在这个巨大的能源的分配系统以外，有很多地方没有能源供应1 - 2。在这些地方采用的解决方案是基于热电发电厂或小油发电机的分布式发电系统。然而，这些解决方案不适用在偏僻的小农场，道路和十字路口。这项工作的目标是制定一个自主的偏远地区的路灯照明系统，具有高效率寿命长使用替代能源等优点。此外，这也可以作为一个常规的城市中街道照明系统的替代解决方案。如今，最重要的的可再生能源系统建立在风能和太阳能的基础上。风力涡轮机技术在过去15年来发生了戏剧性的转变，从21世纪初边缘科学发展的风力发电机组，到最后在20世纪70年代使用的电力电子技术，空气动力学，机械设计。在过去20年,太阳能电力能源始终以每年20-25的速度增长，这主要是由于一直降低的成本和价格。这种下降已经推动1）太阳能电池的效率提高;2）制造技术的提高3）规模经济3。在一个自主路灯照明系统的情况下，最好的解决方案是“太阳能”选项，因为它寿命长，安装方便，和模块化.主要用于街道照明的灯具类型是高气压放电灯，如水银灯，高压钠灯灯，金属卤化物灯。放电灯具需要一个镇流器，提供他们的启动和稳态发光，这是常用电磁场4。照明发光二极管（LED）开始作为传统照明系统的取代。除了利用他们作为signalizing系统是多播放，他们不常作为照明系统使用。然而，最近的技术逐步改进LED的效率和色彩质量，这使得他们应用在照明系统5。在建议的照明系统中使用leds的主要优势是：它们的寿命长（小时）这和太阳能电池的寿命（高于25年）相兼容。并且由于它们的直流电源免除使用了一个变频器。从而提高了电路效率并且降低了成本。LED应用在街道照明的的一些实例已经可以在文献中找到6。图1给出了建议的系统组成它包含光伏太阳能电池板，以便在白天通过DC / DC转换对电池进行充电。此转换器由MPPT算法控制。在夜间，电池通过驱动程序供电给LED的，提供足够的电流值并在需要的时候调节光亮度。可以观察到整个系统以直流方式工作，避免了能源浪费和变频器额外的功率级。二。拟议的照明系统 - LED在夹具使用的LED数量在该照明系统项目中是一个需要考虑的非常重要的变量一旦光伏设计太阳能电池板和蓄电池组都依赖这个数字。在夹具所需的LED数量取决于以下几个因素：灯泡更换;人眼明视觉和暗视觉之间的关系;LED的模型。A. 灯具的更换公共照明系统经常基于高压钠灯（HPS），而不是发光二极管。因此，一个明确基于LED的系统设计方法在文献中无法找到。在这项研究中，设计方法提出，标准的照明系统和基于LED的已经执行的照明系统等效的地方。作为一个案例研究，70W高压钠灯被取代，特别是欧司朗灯泡模式Vialox导航- E标准，通过设置发光二极管，使其有同样的发光效率。一个灯近似的光谱功率分布如图2所示。所使用的模型其他重要特征是：光通量5600lm。显色指数25。平均寿命=28000小时。灯具效率=80B.明视觉与暗视觉人眼视网膜上有两种光接收器，杆状细胞和锥状细胞，负责传送视觉信号到大脑。在强光下，如太阳光，锥状细胞是主要的光接收器。在光在较暗的水平时，杆状细胞是主要的光接收器，把视野描述成暗的。光强在中间水平，人眼处理中间视觉，此时杆状细胞和锥状细胞都光感都起作用。图3给出了人眼的灵敏度随光的波长的变化，如在明视觉和暗视觉的情况下。当前基于明视觉的光学系统，它决定了光源的光通量。换句话说，要更换灯泡，其特点在上一节中提到，要有5.600流明（标称光通量）明视觉条件。然而，当人们处理偏远地区的公共照明，就像在这项研究中所讨论应用的，暗视觉特征更充分加以考虑。知觉等价的标称（明视觉）在一个特定的视觉光通量条件下的光通量被称为有效的光通量或有效流明8。C. LED Model Selection如今，市面上有种类繁多的高功率LED，因此，在一个特定模式选择之前要仔细研究。最常用的方法是使用涂有荧光粉的蓝色LED获得白光，由蓝色光激发，发出一个范围广泛的光谱，产生白光。通过不同份额的荧光粉可以得到各种颜的LED如冷白，中性白，暖白，。冷白光LED被认为在暗视觉下是最高效，因为它们需要较少荧光粉且产生光的波长接近人类暗视觉灵敏度的峰值。通过这种方式，冷白光LED灯被选中。同样重要的是要注意发光二极管商业上可用的为350，700和1000MA（额定平均电流）。从一个简单的市场分析，有人注意到，在功率的led中，700毫安的LED每流明肯定消耗最低的价格，。因