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太陽(yáng)能照明原理、組成及控制系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2011-08-29 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  2)功能控制

  (1)路燈控制器的基本要求

  路燈由多個(gè)LED燈串聯(lián)而成,路燈系統(tǒng)不但消耗大量的電能,而且還需要投入巨額的日常維護(hù)費(fèi)用,給城市帶來(lái)電力供應(yīng)和財(cái)政支出的雙重壓力。制定“按需”的供電策略可以緩解這一矛盾。通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在城市繁華路段的路燈機(jī)動(dòng)靈活的控制,可在任意時(shí)間段內(nèi)通過(guò)PWM方式實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制,以達(dá)到既節(jié)電又烘托城市燈光氣氛的目的??刂苹疽笕缦拢?p> ?、賹?duì)前半夜與后半夜的亮度進(jìn)行控制,控制比例依情況而定;②開(kāi)啟單邊路燈策略,即蓄電池現(xiàn)有電量只供一路路燈,另一路路燈關(guān)閉;③半夜燈策略,即前半夜開(kāi)燈,后半夜關(guān)燈,蓄電池現(xiàn)有電量只供前半夜照明使用。

  路燈都是以自然光線的強(qiáng)弱來(lái)控制照明燈具的開(kāi)關(guān),這些光控太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的前提。系統(tǒng)容量可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?、氣象條件和負(fù)載狀況做出最優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是由于季節(jié)因素,冬天太陽(yáng)輻射要比夏天少,太陽(yáng)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(lái)的不足,在太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的發(fā)展中,人們不斷地對(duì)照明系統(tǒng)常用的控制模式進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)各種實(shí)際可行的工作模式,同時(shí)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(lái)越高,因此在太陽(yáng)能各個(gè)部分的發(fā)展和協(xié)調(diào)中,太陽(yáng)能照明系統(tǒng)正在不斷地趨于完善。

  根據(jù)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的特點(diǎn),路燈運(yùn)行要兼顧蓄電池剩余容量的影響。當(dāng)路燈正常開(kāi)啟時(shí),根據(jù)蓄電池剩余容量檢測(cè)法得到當(dāng)前蓄電池容量,通過(guò)查詢(xún)后得到蓄電池將要維持的供電時(shí)間,平均使用蓄電池現(xiàn)有電量,同時(shí)根據(jù)當(dāng)晚可使用的蓄電池電量對(duì)路燈照明方式靈活控制,合理使用蓄電池現(xiàn)有電量。

 ?。?)蓄電池充放電控制功能

  蓄電池充放電控制是整個(gè)系統(tǒng)的重要功能,它影響整個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的運(yùn)行效率,還能防止蓄電池組的過(guò)充電和過(guò)放電。蓄電池的過(guò)充電或過(guò)放電對(duì)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(kāi)關(guān)控制(含單路和多路開(kāi)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(kāi)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(lái)的天氣情況,通過(guò)調(diào)整占空比方式進(jìn)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(duì)蓄電池過(guò)充的保護(hù)功能,即充電電壓高于保護(hù)電壓(15V)時(shí),自動(dòng)調(diào)低蓄電池的充電電壓;此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓(13.2V)時(shí),蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài),當(dāng)?shù)陀?3.2V后浮充關(guān)閉,進(jìn)入均充狀態(tài)。

  當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓(11V)時(shí),控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載開(kāi)關(guān)以保護(hù)蓄電池不受損壞。通過(guò)PWM方式充電,既可使太陽(yáng)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(jì)對(duì)蓄電池的反接、過(guò)充,過(guò)放具有相應(yīng)保護(hù)措施。

 ?。?)太陽(yáng)能路燈運(yùn)行方式控制功能

  高亮度大電流LED燈,由于相同亮度的情況下,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(shì)。

  太陽(yáng)能路燈由多個(gè)LED燈串聯(lián)而成,亮度通過(guò)PWM方式可調(diào),即通過(guò)EN端改變流經(jīng)LED的電流,從而調(diào)節(jié)LED燈亮度,電流強(qiáng)度可以從幾毫安到1安培,最終使LED燈達(dá)到預(yù)期的亮度。

  PWM信號(hào)可由微控制器產(chǎn)生,也可由其它脈沖信號(hào)產(chǎn)生,PWM信號(hào)可使通過(guò)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?。PWM占空比越小(高電平時(shí)間長(zhǎng)),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(guò)控制MOSFET晶體管實(shí)現(xiàn)的。

  由于本系統(tǒng)路燈單元采用的電壓是由幾個(gè)蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的,所以選用MOSFET晶體管時(shí),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(dòng)LED燈電流的大小,選擇MOSFET的IDS的最大電流。在直流供電情況下,首先考慮的是IDS最大電流值和RDS值。一般情況下,應(yīng)選用MOSFET的IDS最大電流是LED燈驅(qū)動(dòng)電流的5倍以上;另外還要選擇MOSFET的內(nèi)阻要??;LED驅(qū)動(dòng)電流越大,RDS應(yīng)越小,RDS越小,變換效率越高。

  城市太陽(yáng)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(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)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(dòng)定時(shí)/光電控制、計(jì)算機(jī)程序控制的發(fā)展過(guò)程。用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)城市太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的自動(dòng)控制,對(duì)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(jì)和社會(huì)效益。通過(guò)有效的調(diào)節(jié)燈光開(kāi)關(guān)時(shí)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(yùn)行、維護(hù)、擴(kuò)展、提供全面的解決方案和強(qiáng)有力的技術(shù)支持,提高了城市照明運(yùn)行管理水平。


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