智能型LED太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：提出一種新型的智能化控制的LED 路燈系統(tǒng)，將太陽能電池板的輸出電壓經(jīng)過DC/DC 升壓電路，并引入了基于CVT 法的MPPT 控制策略。利用模擬開關(guān)4051 及PIC 實(shí)現(xiàn)了對路燈系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。并簡要介紹了Zigbee通訊組件在系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用。

　　太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源。隨著傳統(tǒng)能源的日益緊缺，太陽能的應(yīng)用將會越來越廣泛，尤其太陽能發(fā)電領(lǐng)域在短短的數(shù)年時(shí)間內(nèi)已發(fā)展成為成熟的朝陽產(chǎn)業(yè)。

　　目前，道路照明占整個(gè)照明用電量的25%~30%，因此道路照明節(jié)能具有很大的潛力和空間。目前道路照明使用最多的是高壓納燈，這種光源存在顯色性差、啟動時(shí)間長、耗電量高、發(fā)熱量大等缺點(diǎn)，需要發(fā)展新的更節(jié)能的道路照明光源。

　　大功率高光效LED 是近年來國內(nèi)外快速發(fā)展起來的新光源，它具有光效高（≥90 lmPW（1W LED））、壽命長（30000~50000h）、耐震動不易損壞、瞬時(shí)啟動、無污染等優(yōu)點(diǎn)。白光LED 是普通照明和道路照明的理想光源。太陽能路燈具有很多優(yōu)點(diǎn)：安全可靠、維護(hù)方便；不需要常規(guī)能源、不污染環(huán)境；可以根據(jù)需要隨處安裝、不用連接公共電網(wǎng)。因此，發(fā)展LED 路燈具有重要的節(jié)能意義。本文在原有太陽能路燈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出并研發(fā)了一種新型的智能型LED 太陽能路燈系統(tǒng)。

　　1 太陽能路燈系統(tǒng)的組成

　　路燈系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：太陽能電池板、升壓電路模塊、控制器模塊、Zigbee 通訊組件、蓄電池組、LED 光源。

　　如圖1 所示。

　　圖1 路燈的效果圖及組成框圖

　　系統(tǒng)的基本工作原理：在太陽能控制器的控制下，白天太陽能電池板經(jīng)過兩路升壓電路（12V 到42V）向蓄電池組充電， 晚上蓄電池組提供電力給LED 燈負(fù)載。在控制模塊中，實(shí)現(xiàn)了對升壓電路、蓄電池電壓、溫度、LED 燈組溫度、電池板電壓的實(shí)時(shí)控制，并通過模擬開關(guān)采集數(shù)據(jù)反饋到PIC實(shí)現(xiàn)對路燈系統(tǒng)的智能化控制。而Zigbee 模塊為路燈系統(tǒng)的組網(wǎng)提供了可靠的技術(shù)保障。

　　1.1 太陽能電池板

　　太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能燈中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實(shí)用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等3 種。在太陽光充足日照好的地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因?yàn)槎嗑Ч杼柲茈姵厣a(chǎn)工藝相對簡單，價(jià)格比單晶硅太陽能電池低。在陰雨天較多、陽光相對不是很充足的地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因?yàn)閱尉Ч杼柲茈姵匦阅軈?shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因?yàn)榉蔷Ч杼柲茈姵貙μ柟庹諚l件要求比較低。另外第2 代太陽電池的研制，即將取得突破性進(jìn)展，其核心部件是一種可粘接的薄膜，即薄膜太陽能電池材料。

　　1.2 Boost 電路模塊及其蓄電池組

　　在本系統(tǒng)中，太陽能電池板采集的太陽能通過兩路DCDC升壓電路給蓄電池充電。Boost 電路采用LM5022 搭建，利用了芯片本身自帶的低壓自鎖功能巧妙的實(shí)現(xiàn)了對電路充電的控制。參照太陽能電池的輸出電壓隨光照的關(guān)系可知，在傍晚（夏天18︰00 左右，冬天17︰00 左右），太陽能電池的輸出電壓會低于芯片的自鎖電壓（1.25V 左右），通過系統(tǒng)中的控制模塊使系統(tǒng)停止向蓄電池充電，并而進(jìn)入照明狀態(tài)。