自適應(yīng)單純太陽能路燈控制器的設(shè)計(jì)

大陽能路燈以其無需鋪設(shè)電纜，不消耗常規(guī)能源等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛認(rèn)可。然而太陽能路燈還存在一些問題造成其成本偏高，可靠性不穩(wěn)定，、比如電池往往不到一年就需要更換，不僅提高了后期維護(hù)的費(fèi)用，而且增加了客戶的消費(fèi)成本，也造成了資源浪費(fèi)。其次是太陽能屬于不穩(wěn)定能源，而且能量分布不均，夏天能量充足，但路燈使用時(shí)間短，冬天有效光照時(shí)間短，但路燈使用時(shí)間長，大大降低了運(yùn)行的可靠性，其原因主要受到太陽能路燈控制器性能的影響。太陽能控制器是太陽能光伏系統(tǒng)中的核心部分，主要完成對蓄電池的充、放電、調(diào)光和路燈的開、美控制，以及在過充、過放電、過載等情況發(fā)生時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)和有效地保護(hù)，保證照明時(shí)間，確保可靠性，有效延長電池壽命，降低成本。

1 太陽能路燈控制器的主要設(shè)計(jì)要求和發(fā)展階段

太陽能路燈控制器的技術(shù)和質(zhì)量的主要要求有：

1）供電系統(tǒng)，根據(jù)太陽能路燈蓄電池板特性，要設(shè)計(jì)成恒流輸出：

2）過充，過放保護(hù)；

3）具有系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)功能；

4）建立網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；

5）根據(jù)市場要求，產(chǎn)品模塊化。

太陽能路燈控制器的發(fā)展到日前為止已經(jīng)經(jīng)歷了3個(gè)階段：第一代功能比較簡陋，開關(guān)燈控制需要外接光敏感應(yīng)器，定時(shí)時(shí)間不可設(shè)置，沒有電池保護(hù)電路，系統(tǒng)壽命非常短暫，很快就被市場淘汰：第二代在第一代的基礎(chǔ)上，設(shè)置了電池保護(hù)電路，通過太陽能路燈蓄電池組件搜集光敏數(shù)據(jù)，通過開關(guān)或程序設(shè)置定時(shí)，技術(shù)上有了階躍式的發(fā)展，逐漸被市場接受：第三代路燈控制器在于多數(shù)商家采用了PWM充電控制功能，對蓄電池進(jìn)行涓流充電，有效延長了電池壽命，降低了使用成本，從而進(jìn)一步擴(kuò)大市場占有率。

一個(gè)好的控制器可以彌補(bǔ)甚至解決純太陽能路燈的諸多問題，提高其呵靠性。白適應(yīng)太陽能供電路燈需要開發(fā)第四代控制器，它的特點(diǎn)是具有白適應(yīng)燈的功率調(diào)節(jié)功能，電量檢測和剩余電量計(jì)算是必備的：同時(shí)具有組網(wǎng)功能，這樣可以保持整條街的路燈亮度一致，并可以進(jìn)行通訊。

2 自適應(yīng)單純太陽能供電路燈控制器的設(shè)計(jì)

日前各種現(xiàn)代控制理論，如白適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)控制理論和算法也大量應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中。其中自適應(yīng)控制太陽能供電路燈控制器設(shè)計(jì)是值得推進(jìn)的技術(shù)。

2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

白適應(yīng)單純太陽能供電路燈的設(shè)計(jì)目標(biāo)：主要針對支路和供行人和非機(jī)動(dòng)車通行的居住區(qū)道路和人行道路燈，對于南風(fēng)能供電或風(fēng)光互補(bǔ)的路燈系統(tǒng)本設(shè)計(jì)同樣適合：由于太陽能的不可靠性以及主干道的照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格性，單純太陽能供電比市電供電的路燈控制器的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，如系統(tǒng)控制需要太陽能和市電切換，則在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行精簡就好了。目標(biāo)地點(diǎn)位于北京市內(nèi)。

2.2 自適應(yīng)單純太陽能供電路燈控制器設(shè)計(jì)特點(diǎn)及功能

白適應(yīng)單純太陽能供電路燈控制器設(shè)計(jì)方案的宗旨：通過精確控制，達(dá)到降低成本，提高可靠性的日的。主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)及功能（以太陽能路燈儲(chǔ)能器件為鉛酸電池為例）：

1）MPPT電路

根據(jù)太陽能路燈蓄電池板的特性，如將太陽能路燈蓄電池陣列的輸出電壓控制在某個(gè)恒定電壓值附近，則太陽電池在整個(gè)工作過程中近似日標(biāo)在最大功率點(diǎn)處，太陽能電池組件的能量轉(zhuǎn)換效率最高。利用PWM技術(shù)并通過對負(fù)載穩(wěn)壓來實(shí)現(xiàn)對LED的恒流，從而保證了LED的可靠使用141.采用意法半導(dǎo)體公司的MPPT專用芯片SPV1020.跟蹤效率可達(dá)98%,能量轉(zhuǎn)換效率為95%.理論上，使用MPPT技術(shù)會(huì)比傳統(tǒng)方法效率提高50%,實(shí)際測試中，由于周圍環(huán)境影響與各神能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%.

2）過充過放保護(hù)

采用充電限壓，電池溫升檢測策略，如蓄電池電36 V,充電截止電壓42.5-43 V,充電截止溫度80℃，充電截止溫升30℃。不過絕大部分時(shí)間蓄電池基本處于欠充狀態(tài)。同時(shí)通過對電池電壓的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，利用軟件控制對電池采取限壓保護(hù)：通過實(shí)時(shí)計(jì)算電池電量進(jìn)行防過充過放保護(hù)，電量為100%時(shí)停止充電，電量為20%時(shí)停止放電，為延長其壽命，做了第二道防線。圖1 為蓄電池過充保護(hù)流程圖。

圖1 蓄電池過充保護(hù)流程圖