太阳能LED路灯照明系统设计

广西大学毕业设计（论文）任务书课题名称太阳能LED路灯照明系统设计学院物理科学与工程技术专业电子科学与技术班级06级1班学号0612270133姓名郭卫指导教师陆翔二O一O年六月二日I摘要近年来，随着太阳能发电产业的迅速发展，光伏应用的领域正在逐渐扩大，各种光伏新产品不断涌现。这种光伏技术被公认为是21世纪最具发展前景的高新技术领域之一。已开始在美国、法国、日本等发达国家很多地区得到广泛应用。研究方法是设计步骤中的核心问题。对方法的研究过程中，最终采用了PIC16F716的PWM限流控制器，该控制器为结合铅酸蓄电池充放电特性和太阳电池伏安特性，专为负载LED灯具设计的一款充放电控制器，其利用PWM技术对LED进行稳压限流供电，从而达到延长LED使用寿命的目的。此外，充电电路太阳能路灯系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳光能直接转换成电能，选择一种合适的蓄电池的充电管理模式，并要求对电压的实时监测，及时配合控制器的指令控制最终能够有效的完成白天利用太阳能电池板对蓄电池充电，晚上蓄电池释放能量点亮LED灯，并且在阴雨天气的状况下，能够持续供电34天。并且充电电路分别对保护电压、浮充点电压，恢复电压时进行不同的充电方式，再用于照明的系统。经过调试试验等最终证实了，在照明路灯中，作为技术和艺术相结合的太阳能照明系统太阳能LED路灯，因具备环保、节能、发光效率高等诸多优点，是的太阳能LED灯照明技术正在成为照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。关键词太阳能LED路灯放电路PWM控制光伏效应II目录第一章绪论111前言112技术指标和系统功能1121系统技术指标1122系统功能2第二章系统方案论证及选择321方案比较与论证3211太阳能电池板的选择3212蓄电池的选择对比3213照明灯具的选择4214控制器芯片的选择522方案的配置与计算6221方案的配置6第三章系统设计的理论分析731太阳能照明系统电路总体分析732太阳能光伏发电的理论733控制器设计的理论基础834蓄电池的充放电原理835LED的驱动原理9第四章系统的硬件设计1041系统电路框图1042控制模块的硬件设计11421充电电路的设计11422放电电路的硬件设计12423LED指示电路12424控制器电源稳压电路的硬件设计13425外围电路的硬件设计1443LED的连接方式1444硬件设计的原理流程图1445硬件系统总图15第五章软件设计1751系统软件框图1752系统主要程序编辑17521PWM模式的选择17III522检测程序的流程17第六章实验结果与分析2061实验的性能分析2062实验结果21第七章产品经济可行性分析2271成本对比估算2272设计的前景展望23结束语25参考书目26致谢281第一章绪论11前言太阳能LED照明是未来照明的方向，其最大特点为环保、节能、发光效率高，因此使它将逐步取代传统光源。更值得一提的是，LED发光效率是以每十年提高十倍的速度来提高，成本也将逐年下降。据权威预测，2010年，在日本，LED将全面取代传统光源；在美国，将有一半的传统光源被取代；而在我国，LED将占装饰照明市场的15。着眼于未来，半导体技术将孕育着一场“照明革命”。太阳能光伏发电技术与半导体的结合应是一项十分有意义的工作1。太阳能LED照明系统主要由太阳能电池组件、蓄电池、电源控制器、发光组件组成。设计采用基于PIC16F716的PWM限流控制器，该控制器为结合铅酸蓄电池充放电特性和太阳能电池伏安特性，其利用PWM技术对LED进行稳压限流供电，从而达到延长LED使用寿命的目的。白天利用太阳能电池板对蓄电池充电，晚上蓄电池释放能量点亮LED灯，选择一种合适的蓄电池的充电管理模式，并要求对电压的实时监测，及时配合指令控制。并且确定最少的太阳能电池组件和蓄电池能量，选择适宜的灯具，能使LOLP值的衡量体现出本设计的经济、可靠。12技术指标和系统功能121系统技术指标1太阳能板18V，6090W2输出电压12V3输出电流恒流4灯具68支1W大功率白光LED5控制器光控，防止蓄电池过度充、放电6阴雨天连续工作时间34天2122系统功能1安装在公园、小区等小路两旁当路灯使用，可以提供晚上700到1200的路灯照明。2安装在交通路段、港口等作为指示灯，提供交通航海的安全有序。3安装在繁华闹区或旅游景区作为装饰照明，营造气氛。4应用于果园，种植园，草坪灯场所，既可以照明又可以杀虫。3第二章系统方案论证及选择21方案比较与论证211太阳能电池板的选择太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。综上对比可知，因广西属于阳光充足地带，故应采用非单晶硅太阳能电池。212蓄电池的选择对比由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、NICD蓄电池、NIH蓄电池2。铅酸蓄电池有多种充电形式，主要为恒流充电、恒压充电和3阶段最优形式充电。一般来讲，这种蓄电池充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。其过充时间与充电速率有关实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。镍镉NICD蓄电池的正极为氧化镍，其负极为海绵状金属镉，电解液多为氢氧化钾，氢氧化钠碱性水溶液。小型密封镉镍电池的结构紧凑，坚固，耐冲击，震动，成品电池自放电小，在使用上适合大电流放电，适用温度范围广,4零下40度到零上60度。镍氢（NIH）蓄电池镍氢电池的设计源于镍镉电池，但在改善镍镉电池的记忆效应上，有极大的进展。其主要的改变，在以储氢合金取代负极原来使用之镉，因此镍氢电池说是材料革新的典型代表。镍氢电池所造成之污染，会比含有镉之镍镉电池小很多。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压2030，才能保证给蓄电池正常供电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。综上对比，以及客观条件的要求可得，铅酸蓄电池为最佳的选择。213照明灯具的选择太阳能路灯采用何种光源，是判断太阳能灯具能否正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源3。（1）低压节能灯功率小，光效较高，但使用寿命2000小时，电压低灯管发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。（2）低压钠灯低压钠灯光效高（可达200LM/W），但需逆变器，低压钠灯价格贵，整个系统造高，采用较少。（3）无极灯功率小，光效较高。该灯在220V（纯正弦波，频率50赫兹）普通市电条件下使用，寿命可以达到5万小时，在太阳能灯具上使用寿命大大减少，与普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、相位、电压都是不能和普通市电相比的）。（4）LEDLED灯光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50LM/W，进口80LM/W。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。因此，为达到最佳性能要求，选择LED灯具作为光源。5214控制器芯片的选择在光伏发电系统中，充电器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，能快速、平稳高效的为蓄电池充电，同时保护蓄电池，避免过充现象的发生，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命。选择控制器的关键取决于芯片的不同和电路的不同，以下从三方面进行对比论证4、5。首先是简易并联调节的控制器，其近似可以看作是恒流源对蓄电池充电。因此，当在蓄电池达到浮充电压点时，蓄电池并没有充满，切断电源后，蓄电池电压会有很大的降落。如果将浮充电电压点值设定的太高，意识蓄电池尽量充满，这样又会导致蓄电池的过早损坏。其充放电曲线不是很好，因此只是用于小功率的用户和要求不高的场合，特别适用于12V和24V输入的200W一下的用户系统。其次是CPM2AHPLC，该芯片是整体式结构的，虽然有丰富灵活的可编指令，运算速度快，硬件组态方便，通讯功能强大等优点，但是对于光伏照明系统就显得有太高的技术要求，整体性价比并不是很高。最后，对于芯片PIC1F6716的单片，众所周知的PIC系列单片机具有的特点有，哈佛总线结构，精简指令集技术，寻址方式简单、寻址空间独立，代码压缩率高、程序保密性强，功耗低，驱动力强，拥有两种串行总线端口，外接电路简洁，开发方便，运用C语言编程，程序存储器版本齐全等。具有性能完善，功能强大，学习容易，开发应用方便等优点。基于这些特点的单片机，该控制器为结合铅酸蓄电池充放电特性和太阳电池伏安特性，专为负载LED灯具设计的一款充放电控制器，使用脉冲宽度调节技术，能够最大程度地发挥蓄电池的充电能力，将蓄电池完全充满，进而减少气化；并且，具备优良的温度补偿功能，有效延长了蓄电池的使用寿命。对于应用大型大功率无人看守的光伏发电系统，直接关系到运行、维修的成本级系统的可靠性，因此选择此款芯片。622方案的配置与计算221方案的配置在众多太阳能路灯实际应用中，很多地方的太阳能路灯不能满足正常照明需要，尤其在阴雨天的情况下更为突出，除使用了质量较差的相关组件外，另一个主要的原因就是一味降低组件成本，不按需求设计配置，减小电池板和蓄电池的使用标准，所以导致在阴雨天路灯无法提供照明6。LED路灯的工作电压一般为12V或24V，功率30瓦，本系统的直流工作电压为12V，太阳能输出功率30瓦。以下提供太阳能电池板和蓄电池配置计算。首先，计算出电流。例如12V蓄电池系统，20W的灯1只。电流20W12V167A其次，计算出蓄电池容量需求。当在正常天气时,路灯每夜累计照明时间需要为满负载5小时（H）（晚上7点至凌晨），需要满足连续阴雨天4天的照明需求。根据计算基础公式总电量瓦特时间天数，计算出蓄电池的容量值容量167A5H4天3333AH，另外，为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90左右，放电余留20左右。太阳能电池板一天为蓄电池冲进的电能为30（瓦）12（时）360（焦）。每盏晚上5个小时照明需要消耗的电能为20（瓦）5（时）100（焦）若连续4个阴雨天则至少需要的用电量20（瓦）5（时）4（天）/12伏3333（焦）当在阴雨天气时，太阳能发电为正常的1/6，4个阴雨天一共供电量为5（瓦）12（时）4（天）240（焦），再叫加上前一天晚上剩余电量360100260（焦），可供4个阴雨天使用的电量为240260500（焦）500/1005天。由此分析完全可供应4个阴雨天气使用的电量。7第三章系统设计的理论分析31太阳能照明系统电路总体分析太阳能路灯系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳光能直接转换成电能，再用于照明的系统。本设计基于PIC16F716的PWM限流控制器，该控制器为结合铅酸蓄电池充放电特性和太阳电池伏安特性，专为负载LED灯具设计的一款充放电控制器。选用美国MCIROCHPI公司生产的PIC1F6716单片机作为主控制器件，通过对蓄电池电压、环境温度、太阳电池板的电压等参数的检测和判断，控制T1、TZ的导通和关断，达到各种控制和保护的功能，控制器电路原理和结构。32太阳能光伏发电的理论太阳能光伏发其基本原理就是“光伏效应”。这种效应主要是依靠太阳能电池建设结构，继而利用半导体材料的电子学特性进行发电的。当受到太阳光的照射时，由于半导体的PN结势垒区产生了较强的内建电厂，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生再势垒外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反的方向运动，离开势垒区，结果使P区的电势升高，N区的电势下降，从而使在外电路中产生电压和电流。将光能转化电能太阳能光伏发电系统大体可以分为两类，一是并网发电系统，即和公用电网接通标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类就是独立的发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。并网通过光伏数组将接受来的太阳辐射能量通过高频直流转换变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频，同相的正弦交流电流，而独立式发电系统光伏数组首先会将接受来的太阳辐射能量直接转化为电能供给负载，并将多余的能量经过充电控制器候存储在蓄电池中5、6。833控制器设计的理论基础太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，也是各种路灯系统最大的区别所在。可以说，光伏路灯系统的不同，其实质就是控制器的不同。其设计的好坏，决定了一个太阳能光伏系统运行情况的优劣。所以设计功能完备,结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的7。简言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比调制被用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有，要么完全无。电压或电流源是以一种通或断的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。所以采用了脉冲宽度调制PWM，这是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。控制模块的基本思想是检测太阳电池板电压，若白天到，封锁控制电路，LED灯关闭；夜晚，太阳电池板电压较低，开启控制电路，LED灯点亮。同时检测蓄电池端电压，判断其充电方式、以及对负载LED的供电方式。控制器结构电路主要由充电电路、放电电路、单片机外围电路和LED指示电路等几部分组成。34蓄电池的充放电原理太阳能综合供电系统中的蓄电池主要以浮充方式运行。一般将来，当有日照时,蓄电池与光伏阵列发电装置并联运行,此时蓄电池自放电或瞬间放电所损失的容量由浮充电流补足在无日照时,则由蓄电池单独向负载供电。当蓄电池组电量未饱和时,系统通过输入变换单元对蓄电池组进行补充充电。随着充电过程的进行,蓄电池组端电压将逐渐上升,控制单元适时检测蓄电池组的荷电状态,当蓄电池组端电压达到充电保护电压时,充电过程终止。充电过程终止后,蓄电池组端电压会有一定程度的下降,当电压下降到一定程度时,控制单元将重新启动充电过程。在浮充方式运行下的蓄电池,其充放电循环次数较少,自放电和瞬间放电后的电量能够很快恢复,因此蓄电池的使用寿命可以得到延长。35LED的驱动原理本设计是采用直流驱动，主要是利用三极管来驱动，电路图如图31中（A）（B）所示,A图中，当输入信号为高电平时，晶体管VT导通，发光二极管点亮，I被电源电压和电阻限定，并且R应该满足如下公式8R（UCCUFUCES）/I（31）式中，UF为额定工作电流下的LED的正向压降，UCES为晶体管饱和压降，由手册给出，I为LED的正向工作电流。（B）图中的情况与（A）正好相反，当晶体管VT原来处于导通状态时，LED被其所短路，即有UFUCES,一般情况下，UCES很小，无法使LED点亮。但是，当逻辑管输入低电平是，VT截止，电源UCC经R提供给LED电流，此时，可由下式来选取RUCCUF/I（32）图31LED驱动原理图910第四章系统的硬件设计41系统电路框图太阳能LED路灯照明系统主要是由太阳能电池模块，蓄电池，LED驱动电路，LED灯具和PLC控制器这五部分组成，首先，太阳能电池板是太阳能路灯系统中的能量来源部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。其次，PLC的基本作用是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，同时防止蓄电池过充电和过放电。再者，蓄电池将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。LED驱动为LED灯具提供稳定的供电条件，使得LED路灯作能够达到太阳能路灯系统的照明要求，理想的灯具既要高效照明又要尽可能的降低功率损耗。电路的结构原理图如图41所示。蓄电池LED灯具LED驱动PIC控制器太阳能电池模图41系统电路框图42控制模块的硬件设计421充电电路的设计太阳电池板电压经RL和R2分压后，送至单片机A/D口18脚ADI检测，以判别光线的强弱。在白天光线充足时，由太阳电池板给蓄电池充电。设计把检测蓄电池端电压作为唯一的一种充电程度控制方法同时把设定转换点的蓄电池端电压值作为充电各阶段的自动转换和停充控制方法。由于太阳电池板并非简单的恒流源也非简单的恒压源，太阳电池板和蓄电池之间也未串联电阻，故不能对蓄电池进行完全的恒流或恒压充电，也不能进行限流恒压充电等传统的充电方式。为延长蓄电池使用寿命，提高充电效率，于是采用浮充和全充相结合的充电方式对蓄电池充电。图42为控制器充电电路图8。对于浮充简要的说，浮充是蓄电池组的一种供（放）电工作方式，是将蓄电池组与电源线路并联连接到负载电路上，它的电压大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的断路电压，由电源线路所供的少量电流来补偿蓄电池组局部作用的损耗，以使其能经常保持在充电满足状态而不致过充电9。蓄电池全充电池充足电后，维持电池容量的最佳方法是在电池组两端加入恒定的是压。这就是说，电池充足电后，充电器应输出恒定的浮充电压。在浮充状态下，充入电池的电流应能补充电池因自放电而失去的电量。浮充电压不能过高，以免因严重过充电而缩短电池的寿命。图42充电电路图11422放电电路的硬件设计当检测到太阳电池板电压小于1V时，开启控制电路，延时1分钟后防止误动作，由蓄电池给负载LED供电，LED灯点亮。图43为其放电电路图，L、L为负载两端，其结构为每组3个LED串一个R150的电，一共NN1组并联，刚达到充满电时蓄电池电压很大，一般在13614V左右，而作为负载灯具的单个白光LED最佳驱动电流为1520MA，驱动电压为332V。图43放电电路图423LED指示电路利用PIC单片机I/O驱动能力强的特性，由PIC16F716的的7脚RBI、8脚RBZ发出相应的高低电平驱动共阴极二极管，来判别蓄电池的充放电状态和工作情况，如图44所示。图中的共阴极二极管可发出红、黄、绿三种颜色的光，分别代表过充保护、过放保护、负载正常工作10、13。12图44LED指示灯电路图424控制器电源稳压电路的硬件设计通过不断检测其两端电压值，来判断当前的环境温度，对蓄电池过充保护、恢复点电压和浮充电压进行自动温度补偿，从而确定当前状态下蓄电池的过充点保护电压、恢复电压和浮充电压。在程序设计中通过调表程序来实现这一功能，如图45所示。图45电源稳压电路图425外围电路的硬件设计单片机外围电路主要由复位电路、晶振电路以及和拨码开关相连具有13时控可调和纯光控功能的电路，如图46所示。图46外围设计的电路设计图图47LED连接电路43LED的连接方式将多个LED连接在一起使用时,正向电压和电流均必须匹配,这样整个组件才能产生一致的亮度。LED的连接方式一般有串联、并联、混联、交叉阵列等。这里采用全部串联方式,见图47所示。其中每只LED两端并联一个齐纳管14。44硬件设计的原理流程图系统得以正常运行，基于一个合理有序的流程，本设计的流程思想如图48所示14电压达到过放恢复点否白天延时一分钟LED断开检测蓄电池电压晚上蓄电池达到过充点否电压降至维持电压否停止充电全充充电蓄电池降至恢复电压否浮充充电返回延时一分钟LED开始工作拨码开关进行时控选择LED切断定时时间到返回LED切断蓄电池达到过放点否YNYNYYYYNYNNNN图48硬件设计流程图45硬件系统总图由上述各模块的展开设计，系统的最终电路设计如图49，此电路可以提供12V14V之间变化相对稳定的电压供给蓄电池的充电使用，该电路简单、通用性强、效率高。15图49系统硬件总图1617第五章软件设计本系统采用的PIC16F716属PIC中级产品、12位指令字系列，其特点是在保持低价格的前提下具有很高的性能，如带AD/、双时钟工作、比较输出、捕捉输入、尤其是其PWM输出功能强大，可输出周期和脉宽随时可调的波形。正是基于上述优点，使得PIC16F716成为本系统的首选15。51系统软件框图系统主程序包括初始化程序和主循环程序，其流程图如图51所示52系统主要程序编辑521PWM模式的选择由于设置不同的值，PWM会有不同的选择模式，具体情况如下100PWM模式。P1A，P1C高电平有效；P1B，P1D高电平有效；1101PWM模式。P1A，P1C高电平有效；P1B，P1D低电平有效；1110PWM模式。P1A，P1C低电平有效；P1B，P1D高电平有效；1111PWM模式。P1A，P1C低电平有效；P1B，P1D低电平有效。522检测程序的流程/清除RAM数据MEMSET0000,0000,FFFF/ADD,INTVAL,INTCOUNT/中断允许SETBIT0；设置为负脉冲中断SETBPX0；设置高优先级SETBEX0；开中断CLRIT1；设置低电平中断CLRPX1；设置低优先级18/PIE1寄存器要使能任何外设中断，必须置位PEIE位BOREQU0TMR1IFEQU0TMR1EQU1TMR2IFEQU1TMR2EQU1PR2EQU1CCP1IFEQU2ADIFEQU6A/DEQU1/清零子程序RESET_CLRFSTATUSMOVLWB0010000020H7FHMOVWFFSRBANK0CLRFINDFINCFFSRBTFSSFSR,7GOTOBANK0BSFSTATUS,PS1MOVLWB10100000A0HFFHMOVWFFSRBANK1CLRFINDFINCFFSRBTFSSSTATUS,ZGOTOBANK1BCFSTATUS,PS1RETLW0MAINCALLRESET_GOTOMAINEND进入主循环初始化消除RAM数据存储设置中断允许设置PWM模式WATCHDOG初始化，启动保护断点，清中断标志A/D转换，求平均值检测太阳能电池电压判断对LED的供电方晚上白天恢复断点判断充电状态，温度补偿图51软件程序流程图1920第六章实验结果与分析根据以上分析，我们设计制作了DC12V/8A的充放电控制器，并进行了调试和样机的制作，下面是波形分析及实验数据。61实验的性能分析系统应依据本标准的试验程序进行性能试验。在试验进行中，测试者应严格遵守制造商的操作、安装和连接指示。性能试验可以进行室外试验，也可以进行室内试验。如果试验现场的室外测试条件和标准中的模拟室外条件相似，可以进行室外试验。性能试验有6个步骤101初始容量试验UBCO按照标准要求安装好系统后，对蓄电池进行充电和放电，测量蓄电池容量，由此得到蓄电池的初始可用容量UBCO2蓄电池充电循环试验BC给蓄电池再充电3系统功能试验FT主要验证系统和负载运行是否正常4第二次容量试验UBCL通过对蓄电池的充放电，测量蓄电池的第一次可用容量UBCL和系统的独立运行天数5恢复试验RT确定光伏系统对已经放电的蓄电池的再充电能力6最终容量试验UBC2通过对蓄电池进行充电和放电，测量蓄电池的第二次可用容量UBC2。性能试验6个步骤完成后，根据试验数据绘制系统特性曲线，从而确定系统平衡点，并得出使系统正常运行的安装地点的最小平均辐照量。然而，在实验室模拟，系统用稳压电源代替蓄电池，负载为每组3只LED串1只限流电阻R150，总计35组支路。当稳压电源电压UI变化时三极管T4基极和MOSFET管TZ栅极的输出波形。经分析可得稳压电源电压在12V14V之间变化时，随着稳压电源电压的增大，T4导通占空比逐渐增加，而TZ导通占空比相应逐渐减小，实现了对负载LED的PWM供电在此范围之外，实现对负载LED的非PWM供电。图61为仿真电路图。图61仿真电路图62实验结果根据系统要求，当蓄电池电压UI在1214V范围波动时，要求负载LED两端电压U0应基本能稳在12V，每组电流限制在1520MA，因此总电流IF应大致限制在525700MA范围内。通过改变蓄电池电压U0，并记录实验结果，可得出如图所示的UIU0和UIIF关系曲线图。实验结果表明和普通控制器相比，当U在1214V范围波动时，PWM控制器能把U。稳在12V左右，基本满足实验课题的要求，实验结果如图62所示。图62实验结果分析图2122第七章产品经济可行性分析71成本对比估算首先，进行LED路灯与传统路灯的数据对比，从有关数据调查表明1新型LED路灯的造价约为传统路灯的3倍，使用的寿命至少为传统路灯的5倍2替代后可以节约大量的电能、电费；3替代后的年运行维护费用寿命期内几乎为零；4新型LED路灯可以方便地进行照度的调节，便于在后半夜将照度适当调低；5替代后的年节约电费较为可观，分别为8935元单灯和13185元单灯；6考虑到替代以后路灯的电缆截面大量减小所能够节约的大量资金。其次，从施工费用情况来说明假设有二条道路，长度分别为3KM和5KM，安装路灯以每隔30米一盏，道路每边一盏。这二条路所需的路灯总数分别为202盏和333盏。计算时，传统路灯以功率为250W的高压钠灯为准设镇流器耗电25W，替代的新型LED路灯以功率为60W设镇流器耗电5W为标准进行比较。第一，从安装二条长度的道路所需要的两种灯具的成本来考虑，依照市场价格参考，传统路灯单价为1500元盏，LED路灯单价为4500元盏。则分别为3KM的钠灯路灯为2021500303000元3KM的LED路灯为2024500909000元。5KM的钠灯路灯为3331500499500元5KM的LED路灯为33345001498500元。第二，从安装二条不同长度的大功率LED路灯所需主要电缆材料的成本计算，则分别为第一条长度为3KM的道路传统路灯主干线采用三相配电。单个250W高压钠灯的工作电流约为15A含有无功补偿电容,功率因数为09，每路并联有67盏灯，电流为6715A1005A。配电电缆需要选用VV22325216的铠装铜芯电缆，其单价为97元/米，则电缆成本为291000元；而单个60W的LED路灯电流为03A设功率因数为09，总电流为6703A201A。配电电缆需要23选用VV22525的铠装铜芯电缆，其单价为20元/米，电缆成本为60000元。第二条长度为5KM的道路传统路灯主干线采用三相配电，配电电缆的电流IP/1732U33325025/1732380139A,它需要选用VV22335216的铠装铜芯电缆，其单价为115元/米，则其电缆成本为345000元而LED路灯配电电缆电流IP/1732U333605，它需要选用VV223X4225的铠装铜芯电缆，其单价为27元/米，电缆成本为81000元。再者,从运行维护费用来考虑。计算方法以每天亮灯10小时，每度电费以1元人民币计算。计算二条不同长度的道路在使用两种光源情况下一年的耗电成本，则分别为3KM道路传统路灯一年的有功耗电量2021036525025/10002027575KWH，合人民币为2027575元LED路灯一年总耗电量为20260510365/1000479245KWH，合人民币479245元。5KM道路传统路灯一年的有功耗电量3332502510365/100033424875KWH，合人民币33424875元LED路灯一年总耗电量为33360510365/10007900425KWH，合人民币7900425元。从上面的对比计算中可以看出，安装的道路越长节省的费用也就越大，也就是说，LED路灯在长距离的道路安装上较传统路灯节约开支。72设计的前景展望依据性能测验，最终可以达到设计的基本要求，使得本设计出来的产品具有的特点是具有特大功率，光亮度相当于白炽灯150W250W时，每天8小时照明，可在连续阴雨4天内正常工作；通过指令有效进行地对蓄电池的充放电保护功能，使产品可有效地节约能源，增加有效照明时间，降低生产成本；中央控制器单元采用新型芯片，并在为蓄电池提供稳定的直流电源，并且对蓄电池进行浮充和全充相结合的充电方式。24随着LED技术的不断突破以及大功率、高效率的LED的开发成功大功率LED光源的效率已经达到80LM/W，将其应用于城市的道路照明已经成为可能。国内已成功研发了LED系列路灯产品，并逐步替代原有的以传统高压钠灯为主的路灯光源。由于LED的光输出具有高度的定向性，通过特殊的灯具配光设计，高效率60W的LED路灯所达到的照明效果可以与250W高压钠灯相当；90W的LED路灯的照明效果可以与400W的高压钠灯相当，节能效果非常明显。25结束语目前，太阳能LED照明的初步投资问题仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景纵观全球科技的进步，光伏发电应用进程也在稳步提升，本设计依照光伏发电的工作特点和运行规律进行试验，其高效节能的照明，准确对太阳能半导体系统进行充、放电控制，从而能有效维持蓄电池的寿命，并且蓄电池在经过四天的连续阴雨天后，仍可以正常工作，基本符合本设计的要求，对能源的开发利用有很重大的意义。对于这个毕业设计，依然存在很多不太合理的地方，例如，采用蓄电池仍存在诸多弊端，首先因充电次数限制其寿命的长短；其次，化学结构影响充电电流的限制，继而限制了充电时间，使得充电效率受限；最后，不属于环保能源。因受内部工作的温度效应和外界温度变化的不稳定性，控制器的温度调节仍然不够精确。在电路的结构上仍需要进一步的简化明了，模块之间的衔接不够融洽。这些问题有待继续查阅了资料，对课题的进一步深入研究，不断地比较和论证，原有的方案不断改变和完善。