太阳能照明系统优化设计

1、科技资讯Z(IU$ M HSCIENCE & TECHNOLOGY 1NFOFMMION资源打环境太阳能照明系统优化设计侯俊杨萍（华南理匸大学电力学院广东广州510640）摘 要：针对冃而市场I：的a阳能路灯控制器.存在可需性不鬲.利川率不髙、件价比不高的现状.木文菇于m片机控制搭建的 人阳能照明系统.从人阳能圮大功率浪踪.鬲电池的充电拎制，路灯驱动调光等方面进行了研究和改进.同时为了达到岛的照明效率. 木文使用了只冇小体积、K寿命以及低能址消耗的人功率门光LEMJ.并根据照明的需求以及蒂电池存储的能城篡少.采取分段拎制LED灯的贰明亮度.进一步达到节能效果 关键词，独立光伏系统 MP

2、PT多阶段恒流充电 中图分类兮：TK51文献标识码 ALEMi流驱动训光文乐编小 1672-3791 (2008) 05 (b)-0158-02随若世界能滅危机的加剧.各国都在 寻求解决能源危机的办法.一条道路是寻 求新能源和可再生能源的利用：刃-条足 J求新的节能技术.降低能源的消耗.提岛 能源的利用效率。太阳能LED路灯照明正 是作为以太阳能为能濛而且便用环保节能 的LED的照明系统而日益受到各国的取视。nifi市场上的人用能略灯控制器. 存在可赛性不高.利用率不高性价比不 高的现状.英原因足未能实现对人阳能实 现垠人功率凰总.未能充分利用人阳能电 池，造成一次投入设备成木离其次对于 鬲电

3、池的充放电控制并未针対光伏系统 进行优化设计.导致系统中岳电池长期处 于充电不足或者深度放电状态导致蒂电池 易于损坏增加便用成木。最后对路灯并未 针对具体的进行节能描施.也导致能源的 变相浪费因此改善太阳能LED路灯的可 靠性,开发出性价比高的太阳能LED照明 控制能将会推动&阳能照明的秤及.图I系统結构1太阳能LE0M用系统结构木文捉出的太阳陡照明系统包括太阳 能电池板.铅酸箔电池.LED照明模块以 及BUCK和BOOST电路。门天通过人阳能 电池板获得的能星通过BUCK充电电路*储 在蓄电池中.夜何蓄电池通过BOOST放电 电路向LED照明负载供电。此外采用 P1CI6F877单片

4、机实现系统的控制实现扯人 务IW,多阶段恒渝允电.LED恒流 及PWM调光功能。具体结构如图1所示：在太阳能照明系统中.由于对太阳能 电池板和电池以及大功率白光LED的投 资在整个投资占很人比例.因此合理的选图3 LED驱动电路图2充电控制方梔图次进入（60Q 出） 功率赧巾v夜1龟12点SUO0.9ACuyc-0450<as）% 功冷放电凍总2焉以SOOO.fi电(V 3(120 以S<K>(>.7A(ST"返冋图4放电控制流程图科技资讯 SCIENCE & TEQINOLOGYINFORMATION© 1994-2009 China Ac

5、ademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 科技资讯200» NTl M© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 科技资讯资源与环境择个器件的容fit以及使用节能描施将冇 助r减少次性投入.増强系统的效率和 可靠性以广州地区为例.负找LED输入电压 12V功耗3 5W.毎犬1：作时数8h.保证连 续阴雨天数7天.广州地区峰值日照时数 约为3. 5hLEDU耗电址为

6、23. 3A1L则所需人阳能组件的总充电电流=1. 05 X 2M 3-r （3 5X 0. 85） =R 2A其中1. 05为太阳能电池组件系统综合 损失系数.0. 85为蒂电池充电效率。以选 择开路电压20V的太阳能电池为例.其址 大功率工作点电压大约丸17V 那么太阳 能组件的址少总功率数=17X 8. 2=1 39W选用峰值输出功率12 0Wp、单块40Wp 的标准电池级件嘅可以满足笳求.以需耍连续1：作7个阴甬天则捋电 池容敖需要21 3X 7=161 1 （AID.选用 2台 12V. 100AII的岳电池就可以满足要求。2改进的充电控制和能量管理除了介理选择以个器件容昴外.采用

7、最人功率眼踪控制利优化的充电策略也可 以提鬲系统效率利稳定性.由于光伏系统 的特点.采用MPPT与多阶段恒流充电技 术相结合可以充分利用人阳能而达到快速 充电的冃的.21多阶段恒流充电技术的应用篡阶段恒流控制方梅图如图2所示.一系 列的控制策略用丁调肯襦电池的控制过程。当器电池电流商于最人畐电池电流 时.蓄电池的充电电流将会被减小.当充电池的薔电池的电压离于了最 人允许电爪.此时再电池将处于过冲状态. 此时蒂电池的眾人允电电流将被滅小。U 蓄电池电流减小到程序规定的垠小电流C/ 100时农明薔电池C%允到100%节；此 时番电池充电电流将被限制到如图中的恒 定值Itrick以补充爺电池的内部损

8、耗。（3）如果蓄电池电压低人允许电压， 此时1UK电路的占空比调节将III MPPT程序 控制以便得太阳能电池处于垠大功率输出 状态。当蓄电池电乐低于最小电压时.表 期此时蒂电池处于放电状态,暮电池最人 充电电流将被恢复到初值以备卜一次充电 状态来临以上变竝的初始值如农格1中所示.垠 大蓄电池充电电流被限制在C/10以保护蓄 电池阴止其过热.而最小戲电池充电电流 被限制在C/100.对干】2V岳电池由于过 冲法正在2. 4V/CC1L因此其最大蓄电池电 压设定在14. 4而最小蓄电池电压设定在 12. 7V以防止过冲过放降低蓄电池寿命.表1程序变fit输出值lx41小祚电池4沆C/IOOJS大

9、林收沦电洸llbtf max）OI0於电注补兀电刊< Itrick?1).2 Aft ZJ' & 屯吃电ZEV hill ir. iiI2.7V畝丿.当电迄二丄iVbtH.nm 1H.4V2. 2绘人功率垠踪技术（MPPT）在蚯片机控制时.放人功率銀踪程序 是以调整占空比來实现.凋整过程如2-2 +|2|如呱4）"枫/： - /；_ ）（D 是0到I之间的恒定值.由于使用 8位的单丿机.所以|AD|取值为1/256. D_ 申久分别拆第k-l和k步的占空比值 Dr折第k步时占空比的变化值,P一和P. 分别折第k-l fU k步的太阳能输出功率v sign 3由如

10、下定义:Signtx） = 1 片2 0sign（x） = -1 x<0相对于程序执行的警秒级时间,鬲电 池电压在相对很长的时间是恒定的.因此 对于相邻的两步控制样法占空比连续变 化时.备电池的状态可以考虑是不变的。 根据以上控制棟法.可以使得人阳能稳定 的工作与垠人功率工作点.3大功率I光LED的使用人功率LED相对于传统光源.在光效 上已经达到其100倍.在功耗I：比传统光 源节能9 0%.在音命上比传统光源氏10 50倍。由于这些显着优点.选用LED代替 传统光源足一个必然而LED驱动电 路没il的好坏将宜接影响到系统的生产成 木显示的效果及系统的运行忤能.3. 1大功率白光LED

11、t»流驱动对于白光LED存在产品匹配性差特 点导通时压降从30-4. 0之间不等.因 此如果采用并联驱动白光LED.需婆在毎 个LED串联一个张流电限.避免电流出现 羞片，但是这些电阻浪级了功宰降低了效 率因此为了确保涼过每个白光LED电流 相同.需要采用巾联模式.而相对于襦电 池的低电压,需要采用升压boosts足驱 动要求如图3中所示使用TL494作为电 路控制1C.并通过反相器CD4049接入死 区控制实现LED的PWMiWJ光控制。3. 2节能LED调明控制方法如图4所不，考虑到照明妁需求以及 鬲电池存储的能址多少采取分段控制. 通过対LED灯的训明控制不仅町以*省、功 净消

12、耗从而减小设条一次件投入.而冃延 长LED照明时间从而可以调配蓄电池能业 使得系统运行更加经济.有效。1）门尺系统处于充电状态.LED灯SCIENCE & TECHNOLOGY熄灭.2）员昏：通过检测人阳能电池板电压. 判断太阳能光线強弱.专人阳能电池电汗 降低小箔电池电爪时.农明无仏满足充 电要求.此时切断充电冋路.静置蒂电池10 分钟.然麻蒂电池空战电压利用开路电爪预 测公式（3）预测畐电池剩余容址SOG(J.153）进入夜晚：半第一次进入放电控制. 根据预测的常电池容量设豎參数Case人小。4）夜晚12点以询：为了满足照明需求. 此时设计此时LED满功率工作.5凌赧2点以前：考耀

13、行人及乍辆活动 的岐少此时兼顾蒂电池的存储能虽.使 W LED减小到额定功率的（60-caso）%6）凌晨2点以后:由于此时车辆和行人 基木很少.此时可以进 步减小LED的发光 亮度.使LED诚小到飆定功率的（50-case）4结语木文对太阳能照明系统汗先从器件容 屋的合理选择以满足系统运行的前提减小 一次性投入费用.然厉采取新的充电控制及 MPPT的运用.改进光伏系统中鬲电池充电 控制延长蓄电池的使用寿命。大功率LED 的便用也在增加系统的使用寿命的同时也 达到减小能源消耗的效果.最后根据蓄电 池的剩余容址以及照明的需求对于LED进 L调明控制可以进 步込到紡能的效泉参考文献1 E Kout

14、 roul is. K Kalai tzakis. "Novel Battery Charging Regulat ion System for Pliotovol taic Appl icat ion& M IEE Proc. Elect r. Power Appl. 151, 2 PR 191- 197. 20042 陈晓春唐祯安.基F人:功率白光LED的 电子警察闪光灯设计打实现J人连理 工人学网络学刊.2005.3 Tamohikoikeya. Nobuyuki Saw8d& Sakae Takagi* HMul t istep constantcurrent

15、 chargingmethod for electric vehicle valve-regulated lead/acid batteries during night t imc for loadlevel 1 in journal of Power Sources 75 （1998） 101-10Z4 G S Moa K S Ng. Y： R Chee Y C Hsieh "State-of-Charge Estimation wi th Opcn-Ci rcui t-Vol tagc for Lead- acid Batteries'IffiE 200ZJaiws II Aylon Al fredThicma MA Battery State-of-harge Indicator for Electric Wheelchair? IEEE 1992© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All right