基于LED和超級電容的智能小區(qū)太陽能路燈

　　若直接采用光伏電池對蓄電池充電，當(dāng)光照較弱且存在其他干擾因素時其輸出電壓會不穩(wěn)定，導(dǎo)致光伏電池在充電時難以保持在充電最小電壓上，最后導(dǎo)致系統(tǒng)在該光照范圍內(nèi)不能對蓄電池正常充電。系統(tǒng)通過采用超級電容，把陰天時太陽電池的不穩(wěn)定的輸出能量蓄積起來，等到滿足一定的電壓條件時，通過升壓電路把超級電容中的能量釋放到蓄電池，升壓電路圖如圖2 所示。這種采用超級電容的方式可以提高在太陽光照射不強時的發(fā)電效率。

圖2 充電升壓電路

　　LED 的控制電路比較簡單，直流驅(qū)動即可，且其壽命可達10 萬h。但是，驅(qū)動電流的大小在很大程度上影響著LED 的壽命，如果電流太大，則可能引起LED 光衰現(xiàn)象嚴(yán)重，且壽命減少。故必須合理設(shè)計其驅(qū)動電路，如圖3 所示為用BUCK電路實現(xiàn)的LED 恒流控制電路。

圖3 LED 的恒流控制電路

　　5 防雷接地的設(shè)計

　　LED 路燈的工作電壓為12 V，屬于安全電壓，不做電氣保護接地。但LED 路燈金屬燈桿應(yīng)做防雷接地，接地電阻經(jīng)測試為8 Ω，符合要求。

　　太陽能路燈照明系統(tǒng)的配置本智能小區(qū)的一盞太陽能路燈的系統(tǒng)基本配置如表2 所示：

　　6 結(jié)束語

　　智能小區(qū)太陽能路燈系統(tǒng)投入運行后，10 W的新型LED 光源足夠用來照明，超級電容的應(yīng)用能夠保證給蓄電池合理充電，提高了充電效率，延長儲能元器件的壽命，特別是陽光不太充足的時候，系統(tǒng)能夠更好地存儲能量，其儲能可以連續(xù)供照明燈具使用7 天。系統(tǒng)的設(shè)計始終遵循智能建筑“節(jié)能和環(huán)保”的理念，應(yīng)用了太陽能、長壽命的LED 光源和超級電容。如果再增加25 只超級電容器，則電容儲能可以供給路燈一天的照明，隨著超級電容容量的擴大和價格的降低，將其用做儲能元件是可行的，智能小區(qū)的太陽能路燈系統(tǒng)也是對超級電容器應(yīng)用的一個嘗試。

　　智能小區(qū)不只是高科技的應(yīng)用，更注重節(jié)能和環(huán)保，本太陽能路燈照明系統(tǒng)在一般太陽能路燈的基礎(chǔ)上進一步進行了優(yōu)化，采用了LED 光源和超級電容，充電效率更高，元件壽命更長，比一般太陽能路燈更加節(jié)能和環(huán)保。本太陽能路燈系統(tǒng)主要由光伏電池極板、儲能電池、超級電容器、照明燈具和控制器等幾個部分構(gòu)成。

　　1 照明燈具及控制方式的設(shè)計

　　1.1 照明燈具的設(shè)計

　　傳統(tǒng)的照明燈具效率低，如白熾燈、鹵鎢燈等，不適合智能建筑節(jié)能理念，各種照明光源的性能比較如表1 所示。白光超高亮度的LED 燈具，光效為45 lm/W，雖然不高，但是發(fā)出的光線都在可見光范圍內(nèi)，適合用于照明光源。LED 燈具壽命長，可達100 000 h 以上，可以有效減少燈具垃圾。另外，LED 由低壓直流電源供電，更加安全，而且適合頻繁開、關(guān)。因此太陽能照明系統(tǒng)選擇了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 燈具，其光效可以達450 lm/W，相當(dāng)于50 W 的白熾燈，可以達到良好的照明效果。

　　1.2 照明燈具的控制方式

　　太陽能照明燈具的開、關(guān)控制方式主要有兩種： 定時控制和光照控制。

　　定時控制是設(shè)定每天的開、關(guān)燈時間后由系統(tǒng)自動控制，但是隨著季節(jié)的變化需要不斷調(diào)整設(shè)定時間，否則就會出現(xiàn)天黑不亮燈，天亮不熄燈的情況，造成能源浪費。光照控制是系統(tǒng)通過檢測光照度來開、關(guān)照明燈具，如光照度低于10 lx時開燈，高于10 lx 時熄燈，這樣既能滿足用戶的需要，又能節(jié)約電能，符合智能建筑的理念。所以系統(tǒng)照明燈具的開、關(guān)采用光照控制方式。

　　光照控制方式的工作時間和本地的緯度及當(dāng)天的太陽赤緯角有關(guān)，而且日出前半小時和日落前半小時，天空的余光足夠照明，可以不開路燈，這樣每天可以少開燈1 h。智能小區(qū)位于東緯116. 84°、北緯38. 31°的位置，本地區(qū)光照控制路燈在冬至?xí)r工作時間最長為12 h，夏至?xí)r工作時間最短為9h。可以看出，光照太陽能路燈工作時間變化不是太大，可以認(rèn)為是均衡性負(fù)載，其對太陽電池板傾角的影響不大。