太阳能LED路灯工程技术[1]

太阳能LED路灯工程技术太阳能路灯由以下几部分组成：太阳电池、蓄电池、控制逆变器、光控及计时器、发光体。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就会自动控制工作。控制模式一般分为三种：光控启动、光控关闭；计时控制启动和计时控制关闭；光控启动、计时控制关闭，我们一般选定该模式工作方式，灯在阳光低到设定值时传感控制启动灯工作，同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。本系统的太阳电池有两种作用：一、在白天为蓄电池充电；二、做光控传感器，用RC元件的充电放电。我们一般采用18瓦或36瓦低压钠灯做为光源，因为其光效在光源中最高。太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的提高和社会的不断发展，它将被广泛利用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。太阳能庭院灯(亦称花园灯)是一种新型环保型照明灯具,它古式造型、精致典雅、极富时代特色、它安装使用方便，无需另接电线，它由太阳能电池供电，白天吸收阳光自动为壳体内的蓄电池充电，晚上自动（光控）点亮照明，无需花销电费，因采用低压直流供电，更具安全可靠，使用寿命长的特点。配多节组合式灯杆（高强度ABS塑料),可根据需要调整灯的高度,安装十分方便.太阳能庭院灯可广泛应用于：家庭别墅、单位花园、公园绿地、环保小区、房前路边等户外场所的照明。太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保，实用(根据配置和型号不同,充电一天可用3～7天))寿命长(太阳能池可用15～20年、蓄电池可用5～7年),是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。太阳能信号警示灯,采用太阳能供电,白天由太阳能电池自动为蓄电池充电蓄电,晚上自动闪烁发光、警示,无需人工管理和更换电池，且可长期连续使用（太阳能电池使用寿命15～20年),安全省钱。无需增任何费用，使用成本低，是取代原干电池警示灯的理想换代产品。主要用于道路交通、高速公路、城市街道、铁路道口、建筑道路施工等场合作为信号指示的安全警示装置。该灯具有体积小,重量轻,低能耗,高光强,防雷击,无须其它电源,安全可靠,安装、维护方便等特点。广泛用于航空、航海，通讯铁塔，广播电视塔，高层建筑等众多领域。主要特点：采用优质高效进口太阳电池硅片及钢化玻璃生产的太阳能电池供电，安全、可靠、寿命长达十五年。优化低能耗控制电路、过充、过放保护，自动光照度控制，性能可靠。蓄电池容量大，可在连续15个阴雨天正常工作.高强度、耐高温、耐腐蚀的工程塑料灯罩透光率强。优质不锈钢结构。美观、坚实、安装，维修方便。技术参数：闪光强度：≥10cd闪频率:30～60次/分钟功耗:2W空中有效视距：10km灯管闪光寿命:4X107~108次蓄电池容量:6V/20AH太阳电池板:12W/8.7V使用环境温度:-40°C～+85°C外型尺寸：415×390×400(mm)重量:10公斤阴雨天连续工作时间：15天左右太阳能电池→储电池→光控开关→LED灯。太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。1、太阳能电池板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力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。2、太阳能控制器太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制MOSFET器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。皇明智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护，使蓄电池更能可靠地长久工作。太阳能照明原理、组成及控制系统2010年01月21日作者：胡兴军来源：《中国电源博览》第106期编辑：李远芳3、蓄电池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、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。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20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。4、光源太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能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。LED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。目前多数草坪灯选用LED作为光源，主要利用太阳能电池的能源来进行工作。当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。LED节能、安全、寿命长，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。5、灯杆及灯具外壳灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。二、太阳能路灯照明控制系统1.系统结构太阳能路灯微机监控系统由微机主控线路、太阳能电池板、蓄电池充放电器、蓄电池组、LED光源驱动和LED灯等几部分组成。系统组成结构如图1所示：(1)微机主控线路微机主控线路是整个系统的控制核心，控制整个太阳能路灯系统的正常运行。微机主控线路具有测量功能，通过对太阳能电池板电压、蓄电池电压等参数的检测判断，控制相应线路的开通或关断，实现各种控制和保护功能。(2)充电驱动线路充电驱动线路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。MOSFET驱动模块采用高速光藕隔离，发射极输出，有短路保护和慢速关断功能。选用的MOSFET为隔离式、节能型单片机开关电源专用IC，驱动LED的全电压输入范围为150V～200V，输出电流为8A～9A。输入电压范围宽，具有良好的电压调整率和负载调整率，抗干扰能力强，低功耗。本系统通过充电驱动线路完成太阳能电池组向蓄电池的充电，电路中还提供了相应的保护措施。(3)LED驱动线路由IGBT驱动模块及MOSFET组成，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。(4)太阳能电池组太阳能电池组由太阳能电池单体(工作电压约为0.5V,工作电流约为20～25mA/cm2,面积为10cm×10cm)以串、并方式连接成组件，一个标准组件包括36片单体，使一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，成为一个额定电压为12V的蓄电池池组。当应用系统需要更高的电压和电流组件时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。太阳能电池在整个系统中的作用有两个：其一是把太阳光转化为电能，即白天时，太阳能电池给蓄电池充电；其二是太阳能电池作为系统的光控元件，从太阳能电池两端电压的大小，即可检测户外的光亮程度，也就是从太阳能电池电压的大小来判断天黑和天亮及LED照明光源的亮度。(5)蓄电池组由于从光伏阵列得到的能量不总是与电子负载的需求相符，当光伏阵列本身不能提供足够的功率时，蓄电池仍能使负载工作。如果电子负载需要在夜间或在多云或阴天时工作，就需要能量的存储。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。一般来说，应能储备5～7天的夜间照明用电量。蓄电池是整个太阳能路灯系统的关键部分，它是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上，系统和负载所用电全部由蓄电池来提供，其次，阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中，由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用，所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。(6)通信装置由无线数传模块组成。无线数传模块支持GPRS,带有RS-232接口，通信距离达100米，抗干扰性强，不受广播电视，移动通信干扰，实现相邻路灯终端之间的通信。2.功能控制(1)太阳能路灯控制器的基本要求太阳能路灯由多个LED灯串联而成，路灯照明系统不但消耗大量的电能，而且还需要投入巨额的日常维护费用，给城市带来电力供应和财政支出的双重压力。制定“按需照明”的供电策略可以缓解这一矛盾。通过编程可以实现对分布在城市繁华路段的路灯机动灵活的控制，可在任意时间段内通过PWM方式实现开关控制，以达到既烘托城市灯光气氛的目的。控制基本要求如下：1)对前半夜与后半夜的亮度进行控制，控制比例依情况而定；2)开启单边路灯策略，即蓄电池现有电量只供一路路灯照明，另一路路灯关闭；3)半夜灯策略，即前半夜开灯，后半夜关灯，蓄电池现有电量只供前半夜照明使用。太阳能路灯都是以自然光线的强弱来控制照明灯具的开关，这些光控太阳能照明系统的优化设计是系统长期可靠运行的前提。系统容量可以根据当地的地理位置、气象条件和负载状况做出最优化设计。但是由于季节因素，冬天太阳辐射要比夏天少，太阳电池阵冬天产生的电量比夏天少，可是冬天需要照明的电量却比夏天多，从而使照明系统的发电量与需电量形成反差，依然难以平衡月发电量盈余和耗电量亏损。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高，因此在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断地趋于完善。根据太阳能路灯系统的特点，路灯运行要兼顾蓄电池剩余容量的影响。当路灯正常开启时，根据蓄电池剩余容量检测法得到当前蓄电池容量，通过查询后得到蓄电池将要维持的供电时间，平均使用蓄电池现有电量，同时根据当晚可使用的蓄电池电量对路灯照明方式灵活控制，合理使用蓄电池现有电量。(2)蓄电池充放电控制功能蓄电池充放电控制是整个系统的重要功能，它影响整个太阳能路灯系统的运行效率，还能防止蓄电池组的过充电和过放电。蓄电池的过充电或过放电对其性能和寿命有严重影响。充放电控制功能，按控制方式可分为开关控制(含单路和多路开关控制)型和脉宽调制(PWM)控制(含最大功率跟踪控制)型。开关控制型中的开关器件，可以是继电器，也可以是MOS晶体管。脉宽调制(PWM)控制型只能选用MOS晶体管作为其开关器件。本系统采用脉宽调制控制器方式，并选用MOS晶体管作为开关器件。当白天晴天的情况下，根据蓄电池的剩余容量，选择相应的占空比方式向蓄电池充电，力求高效充电；夜间根据蓄电池的剩余容量及未来的天气情况，通过调整占空比方式进而调节LED灯亮度，以保证均衡合理使用蓄电池。此外系统还具有对蓄电池过充的保护功能，即充电电压高于保护电压(15V)时，自动调低蓄电池的充电电压；此后当电压掉至维护电压(13.2V)时，蓄电池进入浮充状态，当低于维护电压(13.2V)后浮充关闭，进入均充状态。当蓄