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太陽能路燈
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來源：江蘇龍澤照明器材小編 人氣：111次瀏覽 發(fā)布時間：2022-07-18 05:56:35
江蘇龍澤照明是專業(yè)生產(chǎn)太陽能路燈，道路高桿燈桿，led市政路燈桿件,景觀燈,中華燈玉蘭燈,風(fēng)光互補路燈桿的誠信信譽廠家，產(chǎn)品已發(fā)往全國多地的道路工程項目上，老客戶回購率高，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，公司口碑好，歡迎新老客戶前來咨詢選購！
太陽能路燈的基本原理介紹，其組成主要有太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電 池組、光源、燈桿及燈具外殼，有的還要配置逆變器。此外，本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能控制兩個方面 介紹了太陽能路燈照明控制系統(tǒng)。
隨著全球能源的日益緊張，太陽能光伏照明得到了迅速發(fā)展。在太陽能照明系統(tǒng)的發(fā)展中，人 們不斷地對照明系統(tǒng)常用的控制模式進行分析，設(shè)計各種實際可行的工作模式，同時光源技術(shù)也在不斷的更新?lián)Q代中，蓄電池的充電模式也在不斷的研究探索中，有效利用率越來越高。在太陽能各個組成部分的發(fā)展和協(xié)調(diào)中，太陽能照明系統(tǒng)正在不斷發(fā)展完善。
1太陽能燈的原理及組成
1.2太陽能控制器
太陽能燈具系統(tǒng)中最重要的一環(huán)是控制器，其性能直接影響到系統(tǒng)壽命，特別是蓄電池的壽命。控制器用工業(yè)級MCU做主控制器，通過對環(huán)境溫度的測量，對蓄電池和太陽能電池組件電 壓、電流等參數(shù)的檢測判斷，控制MOSFET器件的開通和關(guān)斷，達到各種控制和保護功能。
1．3 蓄電池
由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。一般 有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，容量過大，一方面蓄電 池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應(yīng)與太陽能電池、用電負荷(路燈)相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上， 系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20％～30％，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。
1．4 光源
太陽能燈具系統(tǒng)為直流型獨立光伏系統(tǒng)，其工作原理如圖l所示。太陽能電池組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過控制器進行控制及保護，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存在蓄電池中。當(dāng)用電時，蓄電池 再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，供直流負載使用，或者通過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姽┙涣髫撦d使用。只有當(dāng)長時間無光照以致電池中的電能用完時，這個裝置才停止工作。 太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼，有的還要配置逆變器。光效較高，國產(chǎn)501m／W，進口801m／W。隨著技術(shù)進步，LED的性能將進一步提高.
1．5燈桿及燈具外殼
燈桿的高度應(yīng)根據(jù)道路的寬度、燈具的間距，道路的照度標(biāo)準(zhǔn)確定。燈具外殼參照收集的許多國外太陽燈資料，在美觀和節(jié)能之間，大多數(shù)都選擇節(jié)能，燈具外觀要求不高，相對實用就行。
2太陽能路燈照明控制系統(tǒng)
2．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
太陽能路燈微機監(jiān)控系統(tǒng)由微機主控線路、太陽能電池板、蓄電池充放電器、蓄電池組、LED光源驅(qū)動和LED燈等幾部分組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示： (1)微機主控線路 微機主控線路是整個系統(tǒng)的控制核心 (2)充電驅(qū)動線路 圖I 太陽能路燈微機監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 充電驅(qū)動線路由MOSFET驅(qū)動模塊及MOSFET組成。MOSFET驅(qū)動模塊采用高速光耦隔離，發(fā)射極輸出，有短路保護和快速關(guān)斷功 能。選用的MOSFET為隔離式、節(jié)能型單片機開關(guān)電源專用IC，驅(qū)動LED的全電壓輸入范圍為 150-200V，輸出電流為8～9A。輸入電壓范圍寬，具有良好的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，抗干擾能力強，低功耗。 本系統(tǒng)通過充電驅(qū)動線路完成太陽能電池組向蓄電池的充電，電路中還提供了相應(yīng)的保護措施。
(3)LED驅(qū)動線路 由IGBT驅(qū)動模塊及MOSFET組成，實現(xiàn)對路燈亮度的調(diào)節(jié)及路燈的開關(guān)。
(4)太陽能電池組 太陽能電池組由太陽能電池單體(工作電壓約為0．5V，工作電流約為20～25mA／cm2，面積為 10cm×10cm)以串、并方式連接成組件，一個標(biāo)準(zhǔn)組件包括36片單體，使一個太陽能電池組件大約 能產(chǎn)生17V的電壓，成為一個額定電壓為12V的蓄電池池組。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要更高的電壓和電流組 件時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。 (5)蓄電池組 由于從光伏陣列得到的能量不總是與電子負載的需求相符，當(dāng)光伏陣列本身不能提供足夠的功 率時，蓄電池仍能使負載工作。如果電子負載需要在夜間或在多云或陰天時工作，就需要能量的存 儲。蓄電池存儲能量的大小設(shè)計為自主運行期間滿足平均每日電子負載的需求。一般來說，應(yīng)能儲 備5～7天的夜間照明用電量。在獨立光伏系統(tǒng)中，由光伏陣列產(chǎn)生的電能不總是在電能產(chǎn)生的同時 加以使用，所以在多數(shù)獨立光伏系統(tǒng)中需要蓄電池。 (6)通信裝置 由無線數(shù)傳模塊組成。無線數(shù)傳模塊支持GPRS，帶有RS-232接口，通信距離達1 00米，抗干擾性強，不受廣播電視，移動通信干擾，實現(xiàn)相鄰路燈終端之間的通信。
2．2功能控制
(1)太陽能路燈控制器的基本要求 太陽能路燈由多個LED燈串聯(lián)而成，路燈照明系統(tǒng)不但消耗大量的電能，而且還需要投入巨額 的日常維護費用，給城市帶來電力供應(yīng)和財政支出的雙重壓力。制定“按需照明”的供電策略可以 緩解這一矛盾。通過編程可以實現(xiàn)對分布在城市繁華路段的路燈機動靈活的控制，可在任意時間段 內(nèi)通過PWM方式實現(xiàn)開關(guān)控制，以達到既節(jié)電又烘托城市燈光氣氛的目的。控制基本要求如下：
①對前半夜與后半夜的亮度進行控制，控制比例依情況而定， ②開啟單邊路燈策略，即蓄電池現(xiàn)有電量只供一路路燈照明，另一路路燈關(guān)閉； ③半夜燈策略，即前半夜開燈、后半夜關(guān)燈，蓄電池現(xiàn)有電量只供前半夜照明使用。 太陽能路燈都是以自然光線的強弱來控制照明燈具的開關(guān)，這些光控太陽能照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè) 計是系統(tǒng)長期可靠運行的前提。系統(tǒng)容量可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢谩庀髼l件和負載狀況做出最優(yōu) 化設(shè)計。但是由于季節(jié)因素，冬天太陽輻射要比夏天少，太陽電池陣冬天產(chǎn)生的電量比夏天少，可 是冬天需要照明的電量卻比夏天多，從而使照明系統(tǒng)的發(fā)電量與需電量形成反差，依然難以平衡月 發(fā)電量盈余和耗電量虧損。為了提高照明系統(tǒng)發(fā)電量的利用率，克服系統(tǒng)缺電帶來的不足，在太陽 能照明系統(tǒng)的發(fā)展中，人們不斷地對照明系統(tǒng)常用的控制模式進行分析，設(shè)計各種實際可行的工作 模式，同時光源技術(shù)也在不斷的更新?lián)Q代中，蓄電池的充電模式也在不斷的研究探索中有效利用率越來越高，因此在太陽能各個組成部分的發(fā)展和協(xié)調(diào)中，太陽能照明系統(tǒng)正在不斷地趨于完善。 根據(jù)太陽能路燈系統(tǒng)的特點，路燈運行要兼顧蓄電池剩余容量的影響。
當(dāng)路燈正常開啟時，根據(jù)蓄電池剩余容量檢測法得到當(dāng)前蓄電池容量，通過查詢后得到蓄電池將要維持的供電時間，平均 使用蓄電池現(xiàn)有電量，同時根據(jù)當(dāng)晚可使用的蓄電池電量對路燈照明方式靈活控制，合理使用蓄電 池現(xiàn)有電量。(2)蓄電池充放電控制功能 蓄電池充放電控制是整個系統(tǒng)的重要功能，它影響整個太陽能路燈系統(tǒng)的運行效率，還能防止蓄電池組的過充電和過放電。蓄電池的過充電或過放電對其性能和壽命有嚴(yán)重影響。充放電控制功 能，按控制方式可分為開關(guān)控制(含單路和多路開關(guān)控制)型和脈寬調(diào)制(PwM)控制(含最大功率跟蹤 控制)型。本系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制控制器方式，并選用MOS晶體管作為開關(guān)器件。當(dāng)白天晴天的情況 下，根據(jù)蓄電池的剩余容量，選擇相應(yīng)的占空比方式向蓄電池充電，力求高效充電；夜間根據(jù)蓄電 池的剩余容量及未來的天氣情況，通過調(diào)整占空比方式進而調(diào)節(jié)LED燈亮度，以保證均衡合理使用 蓄電池。 此外系統(tǒng)還具有對蓄電池過充的保護功能，即充電電壓高于保護電壓(15V)時，自動調(diào)低蓄電 池的充電電壓；此后當(dāng)電壓掉至維護電壓(13．2V)時，蓄電池進入浮充狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀?3．2V后浮充關(guān) 閉，進入均充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于保護電壓(11V)時，控制器自動關(guān)閉負載開關(guān)以保護蓄電池不受損壞。通過PWM方式充電，既可使太陽能電池板發(fā)揮最大功效，又提高了系統(tǒng)的充電效率。 本設(shè)計對蓄電池的反接、過充，過放具有相應(yīng)保護措施。 (3)太陽能路燈運行方式控制功能 高亮度大電流LED燈，在相同亮度的情況下，比白熾燈省電約90％，得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)已 有逐漸替代常規(guī)照明燈的趨勢。 太陽能路燈由多個LED燈串聯(lián)而成，亮度通過PWM方式可調(diào)，即通過EN端改變流經(jīng)LED的電流，從而調(diào)節(jié)LED燈亮度，電流強度可以從幾毫安到l安培，最終使LED燈達到預(yù)期的亮度。 PWM信號可由微控制器產(chǎn)生，也可由其它脈沖信號產(chǎn)生，PWM信號可使通過LED燈的電流從 0變到額定電流，即可使LED燈從暗變?yōu)檎Ａ炼取WM占空比越小(高電平時間長)，亮度越高。 利用PWM控制LED的亮度，非常方便和靈活，是最常用的調(diào)光方法，PWM的頻率可從幾十Hz到幾千Hz。 PWM調(diào)光是通過控制MOSFET晶體管實現(xiàn)的。由于本系統(tǒng)路燈單元采用的電壓是由幾個蓄電 池串聯(lián)產(chǎn)生的，所以選用MOSFET晶體管時，首先要考慮MOSFET的耐壓，本系統(tǒng)要求MOSFET的耐壓要高于40V，其次，根據(jù)驅(qū)動LED燈電流的大小，選擇MOSFET的毛。的最大電流。在直流 供電情況下，首先考慮的是島。最大電流值和RD。值。一般情況下，應(yīng)選用MOSFET的b。最大電流是 LED燈驅(qū)動電流的5倍以上，另外還要選擇MOSFET的內(nèi)阻要小；LED驅(qū)動電流越大，RD。應(yīng)越小， RD。越小，變換效率越高。
城市太陽能路燈是和人民生活密切相關(guān)的公共設(shè)施，它在一定程度上反映了城市的繁榮程度及發(fā)展水平。在過去很長一段時間內(nèi)，路燈的更新多是局限于其照明部分，隨著城市及電子技術(shù)的發(fā) 展，城市路燈系統(tǒng)經(jīng)歷了手工控制、自動定時／光電控制、計算機程序控制的發(fā)展過程。用計算機 來實現(xiàn)城市太陽能路燈系統(tǒng)的自動控制，對于提高城市的現(xiàn)代化管理水平，節(jié)省人力、物力，都具 有良好的經(jīng)濟和社會效益。通過有效的調(diào)節(jié)燈光開關(guān)時間，能夠極大地提高了路燈系統(tǒng)的工作質(zhì)量 和工作效率，為城市照明系統(tǒng)的運行、維護、擴展、提供全面的解決方案和強有力的技術(shù)支持，提 高了城市照明運行管理水平。
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