隨著全球能源的日益緊張，太陽能光伏照明發(fā)展迅速。在太陽能照明系統(tǒng)的發(fā)展中，人們不斷分析照明系統(tǒng)常用的控制模式，設(shè)計(jì)各種實(shí)用可行的工作模式。同時(shí)，光源技術(shù)不斷升級(jí)，電池充電模式不斷研究探索，有效利用率越來越高。太陽能照明系統(tǒng)的發(fā)展和協(xié)調(diào)中，太陽能照明系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善。
太陽能燈的原理及組成。
太陽能燈具系統(tǒng)為直流獨(dú)立光伏系統(tǒng)。太陽能電池組件通過控制器將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池中。用電時(shí)，電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，用于直流負(fù)載，或通過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姽┙涣髫?fù)載。只有當(dāng)電池中的電能長時(shí)間無光耗盡時(shí)，該裝置才會(huì)停止工作。
太陽能路燈由太陽能電池板、太陽能控制器、電池組、光源、燈桿和燈殼組成，有些還配備逆變器。
1)太陽能電池板。
太陽能電池板是太陽能路燈的核心部分，也是太陽能路燈中價(jià)值最高的部分。它的作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)化為電能，或者送到電池中儲(chǔ)存。太陽能電池主要由單晶硅和多晶硅制成。光電轉(zhuǎn)換效率為13%~15%，多晶硅為11%~13%。最新的技術(shù)還包括光伏薄膜電池。
2)太陽能控制器。
控制器是太陽能燈系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，其性能直接影響系統(tǒng)壽命，尤其是電池壽命。控制器以工業(yè)MCU為主控制器，通過測量環(huán)境溫度、檢測判斷電池和太陽能電池組件的電壓、電流等參數(shù)，控制MOSFET器件的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)各種控制和保護(hù)功能。
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，一般需要配置電池系統(tǒng)才能工作。一般有鉛酸電池、Ni-Cd電池、Ni-H電池。電池容量的選擇一般應(yīng)遵循以下原則：首先，在滿足夜間照明的前提下，盡量儲(chǔ)存白天太陽能電池組件的能量，同時(shí)儲(chǔ)存滿足連續(xù)雨天夜間照明所需的能量。電池容量太小，不能滿足夜間照明的需要。一方面，電池總是處于斷電狀態(tài)，影響電池壽命，造成浪費(fèi)。電池應(yīng)與太陽能電池、用電負(fù)荷(路燈)相匹配。它們之間的關(guān)系可以用一種簡單的方法來確定。太陽能電池的功率必須比負(fù)載功率高4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓應(yīng)超過電池工作電壓的20%~30%，以保證電池的正常負(fù)電。電池容量必須是負(fù)載日消耗量的6倍以上。
4)光源
太陽能路燈使用的光源是太陽能燈能否正常使用的重要指標(biāo)。一般太陽能燈采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈和LED光源。
LED光源使用壽命長，可達(dá)1萬小時(shí)，工作電壓低，無逆變器，光效高，國產(chǎn)50lm/W，進(jìn)口80lm/W。LED的性能將隨著技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)一步提高。
5)燈桿和燈殼燈桿的高度應(yīng)根據(jù)道路寬度、間距和照度標(biāo)準(zhǔn)確定。燈殼根據(jù)我們收集了大量的外國太陽燈數(shù)據(jù)，在美觀和節(jié)能之間，大多數(shù)選擇節(jié)能，燈外觀要求不高，相對(duì)實(shí)用。
太陽能路燈照明控制系統(tǒng)。
1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
太陽能路燈微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由微機(jī)主控線路、太陽能電池板、電池充放電器、電池組、LED光源驅(qū)動(dòng)和LED燈組成。
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(gè)LED燈串聯(lián)而成。路燈照明系統(tǒng)不僅消耗大量電能，還需要投入巨大的日常維護(hù)成本，給城市帶來電力供應(yīng)和財(cái)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，可以靈活控制分布在繁華城市路段的路燈，并可以在任何時(shí)間段通過PWM實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，從而達(dá)到節(jié)能、烘托城市照明氛圍的目的。基本控制要求如下：
①控制前半夜和后半夜的亮度，控制比例根據(jù)情況確定；②打開單側(cè)路燈策略，即電池現(xiàn)有電量僅供一路路燈照明，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，電池現(xiàn)有電量僅供前半夜照明使用。
太陽能路燈通過自然光的強(qiáng)度來控制照明燈的開關(guān)，這是系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行的前提。系統(tǒng)容量可根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砦恢谩庀髼l件和負(fù)載條件進(jìn)行優(yōu)化。但由于季節(jié)因素，冬季太陽輻射少于夏季，冬季太陽能電池陣列產(chǎn)生的電量少于夏季，但冬季需要照明的電量大于夏季，使得照明系統(tǒng)的發(fā)電量與需要的電量形成對(duì)比，仍難以平衡月發(fā)電盈余和耗電損失。為了提高照明系統(tǒng)發(fā)電的利用率，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，人們不斷分析照明系統(tǒng)常用的控制模式，設(shè)計(jì)各種實(shí)用可行的工作模式。同時(shí)，光源技術(shù)不斷升級(jí)，電池充電模式在不斷研究探索中的有效利用率越來越高。因此，在太陽能各部件的發(fā)展和協(xié)調(diào)中，太陽能照明系統(tǒng)正在不斷完善。
根據(jù)太陽能路燈系統(tǒng)的特點(diǎn)，路燈的運(yùn)行應(yīng)考慮量的影響。路燈正常開啟時(shí)，根據(jù)電池剩余容量檢測方法獲得當(dāng)前電池容量，查詢后獲得電池維持的供電時(shí)間，平均使用電池現(xiàn)有電量，根據(jù)當(dāng)晚可用電池電量靈活控制路燈照明方法，合理使用電池現(xiàn)有電量。
(2)電池充放電控制功能。
電池充放電控制是整個(gè)系統(tǒng)的重要功能，影響整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的運(yùn)行效率，防止電池組過充過放電。電池過充或過放電嚴(yán)重影響其性能和使用壽命。根據(jù)控制方式，充放電控制功能可分為開關(guān)控制(包括單路和多路開關(guān)控制)型和脈寬調(diào)制(包括最大功率跟蹤控制)型。該系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制控制器，采用MOS晶體管作為開關(guān)裝置。在陽光明媚的日子里，根據(jù)電池的剩余容量，選擇相應(yīng)的占空比充電電池，努力高效充電；夜間，根據(jù)電池的剩余容量和未來天氣條件，調(diào)整LED燈亮度，確保電池的平衡合理使用。
此外，系統(tǒng)還具有保護(hù)電池過充的功能，即當(dāng)充電電壓高于保護(hù)電壓（15V）時(shí)，自動(dòng)降低電池充電電壓；此后，當(dāng)電壓降至維護(hù)電壓（13.2V）時(shí)，電池進(jìn)入浮動(dòng)充電狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀?3.2V時(shí)，浮動(dòng)充電關(guān)閉并進(jìn)入均勻充電狀態(tài)。
當(dāng)電池電壓低于保護(hù)電壓(11V)時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載開關(guān)，以保護(hù)電池免受損壞。PWM充電不僅可以最大限度地發(fā)揮太陽能電池板的作用，還可以提高系統(tǒng)的充電效率。本設(shè)計(jì)對(duì)電池的反接、過充、過放有相應(yīng)的保護(hù)措施。
(3)太陽能路燈運(yùn)行模式控制功能。
高亮度大電流LED燈由于亮度相同，比白熾燈省電90%左右，得到了廣泛的應(yīng)用，并逐漸取代傳統(tǒng)照明燈。
太陽能路燈由多個(gè)LED燈串聯(lián)而成，亮度可通過PWM調(diào)節(jié)，即通過EN端改變流經(jīng)LED的電流，從而調(diào)節(jié)LED燈的亮度。電流強(qiáng)度可以從幾毫安培1安培，最終使LED燈達(dá)到預(yù)期亮度。
PWM信號(hào)可以由微控制器或其他脈沖信號(hào)產(chǎn)生。PWM信號(hào)可以使LED燈的電流從0變?yōu)轭~定電流，使LED燈從暗變?yōu)檎Ａ炼取WM占空比越小(高電平時(shí)間越長)，亮度越高。利用PWM控制LED亮度非常方便靈活，是最常用的調(diào)光方法。PWM的頻率可以從幾十Hz到幾千Hz。
通過控制MOSFET晶體管實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。
由于系統(tǒng)路燈單元使用的電壓是由幾個(gè)電池串聯(lián)產(chǎn)生的。
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