太陽能LED路燈系統(tǒng)研究與應(yīng)用

周李慶

摘 要：太陽能做為綠色能源中最重要的能源，是取之不盡、用之不竭、廣泛存在的天然能源，具有產(chǎn)量豐富、潔凈、安全、價廉的優(yōu)點(diǎn)，對生態(tài)平衡沒有任何影響。LED燈具有高效節(jié)能、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此，將太陽能與LED路燈有機(jī)地結(jié)合在一起，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的照明模式，同時對于節(jié)能環(huán)保、交通安全等方面皆有重要意義。

關(guān)鍵詞：太陽能；LED道路照明系統(tǒng)；路燈設(shè)計

中圖分類號：TK512 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0041-01

1 太陽能LED路燈照明系統(tǒng)組成

1.1 太陽能電池

PVD通過光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電能，當(dāng)達(dá)到一定的光照量就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流的1種光電半導(dǎo)體組件，并具有一定的防腐、防雨、防冰雹和抗風(fēng)能力。PVD按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶薄膜式和非結(jié)晶薄膜式兩大類，前者又分為單晶硅和多晶硅，目前產(chǎn)業(yè)化N型單晶PVD的轉(zhuǎn)換效率約為21%～24%，P型單晶PVD的轉(zhuǎn)換效率約為18.7%～19.2%，多晶PVD轉(zhuǎn)換效率約為17%～17.5%。PVD的開路電壓、短路電流、最大輸出功率、填充因子和轉(zhuǎn)換效率等指標(biāo)是衡量性能優(yōu)劣的基準(zhǔn)，為防止串聯(lián)中被遮蔽的PVD出現(xiàn)熱斑效應(yīng)，在正負(fù)極間并聯(lián)1個旁路二極管，避免受光組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽PVD所消耗。

1.2 蓄電池

太陽能路燈儲存能量的單元是蓄電池，PVD接收的光能可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，儲存到蓄電池?nèi)，以供晚間路燈照明的需要。充電原理是在充電時，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。通過對太陽能LED路燈的了解和研究，電池選擇鉛酸蓄電池，可以減少成本，不用維護(hù)，使用壽命長，一般情況下，質(zhì)量合格的鉛酸電池的使用壽命為3年。

1.3 控制器

控制器不僅可以控制電池的充放電時間，防止過度充電而減少電池的壽命，而且還可以根據(jù)當(dāng)日的日照強(qiáng)度和負(fù)載變化來調(diào)節(jié)蓄電池的工作模式，將電能恒流以后，傳輸?shù)絃ED燈內(nèi)。

（1）運(yùn)算處理：控制器通過采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析，從而做出決策指令。ARM控制蓄電池和PVD的充電和放電過程，如果出現(xiàn)PVD損壞，不能正常工作時，控制器可以采取一些措施來保護(hù)供電系統(tǒng)，例如供電切換和短路保護(hù)等都可以保證供電的穩(wěn)定性，控制器通過控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，來切換模式保護(hù)充放電系統(tǒng)。

（2）控制數(shù)據(jù)采集：控制器采集的數(shù)據(jù)包括蓄電池的充放電數(shù)據(jù)、PVD的工作情況以及LED路燈的使用情況。ARM處理器通過控制采集電路，來進(jìn)一步控制電路的運(yùn)行狀態(tài)，將系統(tǒng)的運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)等資料保存到儲存器中，這樣如果發(fā)生停電等情況，儲存的數(shù)據(jù)也不會丟失。

（3）負(fù)載控制：控制器的作用就是節(jié)能，分時間段的控制LED路燈亮度，通過系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計線路的負(fù)載輸出，電路的輸出均有獨(dú)立的控制與檢測功能，當(dāng)P0.6=1時，三極管導(dǎo)通、繼電器閉合、MOS管導(dǎo)通后，蓄電池向LED路燈供電，當(dāng)夜晚12點(diǎn)以后控制器將LED 1/2，當(dāng)PVD輸出電壓高于8V（根據(jù)項目需求設(shè)置）時控制器切斷對LED路燈的供電。

（4）充放電控制：控制器根據(jù)蓄電池電壓的高低來控制充電電流及是否向LED路燈供電，確保蓄電池處于飽滿狀態(tài)，并防止蓄電池過充、過放及夜間向PVD反向充電?？刂齐娐分羞€配置了防反充肖特基二極管，在PVD電壓低于蓄電池電壓時，避免蓄電池向PVD進(jìn)行反充電，在蓄電池反接時電路會自動斷開起保護(hù)作用。

2 LED技術(shù)與太陽能結(jié)合應(yīng)用

以前的太陽能路燈充放電系統(tǒng)利用率不高，這是因為蓄電池與太陽板連接的是防電流倒灌二極管，使得太陽能的工作點(diǎn)不能達(dá)到最大功率，輸出功率不能得到有效的應(yīng)用，減少蓄電池的使用壽命。目前，LED太陽能路燈在利用率方面還沒有得到最好的發(fā)揮，還存在光衰現(xiàn)象，光衰現(xiàn)象的發(fā)生原因是燈驅(qū)動電路出現(xiàn)問題，但是恒流驅(qū)動能夠?qū)馑ガF(xiàn)象起到抑制作用。隨著科技的發(fā)展，優(yōu)化蓄電池的充放電系統(tǒng)也在不斷的優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，人們設(shè)計了LED恒流驅(qū)動器和控制器。其中，控制器的設(shè)計理念是來源于Buck變換器，把蓄電池進(jìn)行二次充電。LED恒流驅(qū)動器的設(shè)計理念是來源于Flyback變換器，蓄電池輸出LED光源，通過實際證明，恒流控制放電電路能夠提高LED路燈的發(fā)光效率，進(jìn)而提升太陽能電視的使用效率。

3 結(jié)語

綜上所述，太陽能資源具有綠色、安全、可持續(xù)等優(yōu)勢，與LED有著相同的特點(diǎn)，都是低壓驅(qū)動和直流電，將它們組合起來，就能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果，不僅有經(jīng)濟(jì)效率，而且可以帶來更多的社會效益，也是我國新能源產(chǎn)業(yè)落實國策的重要舉措，同時還要將項目方案的結(jié)構(gòu)硬件和控制軟件相結(jié)合進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計，利用智能控制技術(shù)優(yōu)化控制管理實現(xiàn)二次節(jié)能，促進(jìn)新能源和再生能源的應(yīng)用。

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