工程師技術分享：光電互補LED路燈控制器設計

本文介紹了一種光電互補LED路燈控制器， 該控制器控制太陽能電池板對蓄電池組充放電，實時檢測蓄電池容量，并用光電互補方式對負載供電。同時闡述了太陽能LED路燈采用光電互補技術，既能提高可靠性，又能降低成本，是目前解決太陽能LED路燈照明的最佳選擇，并根據(jù)LED路燈負載計算了蓄電池容量和太陽能電池板容量的匹配關系。

引言

光電互補LED路燈照明系統(tǒng)就是以太陽能電池發(fā)電為主，以普通220V交流電補充電能為輔的路燈照明系統(tǒng)，采用此系統(tǒng)，光伏電池組和蓄電池容量可以設計得小一些，基本上是當天白天有陽光，當天就用太陽能發(fā)電同時給蓄電池充電，到天黑時蓄電池放電把負載LED 點亮。在我國大部分地區(qū)，全年基本上都有三分之二以上的晴朗天氣，這樣該系統(tǒng)全年就有三分之二以上的時間用太陽能照亮路燈，剩余時間用市電補充能量，既減小了太陽能光伏照明系統(tǒng)的一次性投資，又有著顯著的節(jié)能減排效果，是太陽能LED路燈照明在現(xiàn)階段推廣和普及的有效方法。

光電互補LED照明系統(tǒng)設計

1 LED照明負載

假設光電互補LED路燈燈桿高度為10m，光照光通量大約25 lm，選用1W、3.3V、350mA 的LED燈組成兩路路燈，每一路14串2并共28W，兩路為56W。設路燈每天平均照明10小時，LED 路燈前5小時全亮，后5小時亮度減半，即電池消耗減少一半。

所需實際驅(qū)動電流為：350mA×2×2=1.4A

每天以10 小時計算，負載所需安時數(shù)為：1.4A×5h+1.4A×0.5×5h=10.5Ah

電壓為：3.3V×14=46.2V

2 蓄電池組容量設計

2.1 蓄電池的選用

太陽能路燈用蓄電池由于頻繁處于充電、放電循環(huán)中，而且會經(jīng)常發(fā)生過充或深度放電等情況，因此蓄電池工作性能和循環(huán)壽命成為最受關注的問題。閥控式密閉型鉛酸電池具有不需要維護、不向空氣中排出氫氣和酸霧、安全性好、價格低等優(yōu)點，因而被廣泛應用。蓄電池過充電、過放電以及蓄電池環(huán)境溫度等都是影響蓄電池壽命的重要因素，所以在控制器中要重點采取保護措施。

2.2 蓄電池組容量的計算

在光電互補路燈系統(tǒng)中，是靠太陽能和市電互補對LED路燈進行供電的。由于太陽光隨天氣變化差別很大，白天太陽光強時，太陽能電池板給蓄電池充電；晚上蓄電池給負載供電。陰天時，負載用電從蓄電池取得，當蓄電池放電電壓降到最低允許限度時，自動轉(zhuǎn)為市電補給。蓄電池的容量對保證可靠性供電很重要，電池容量過大導致成本價格升高，容量過小，又不能充分利用太陽能達到節(jié)能的目的。

蓄電池容量Bc 計算公式：Bc = A×QL×NL×T0/CC Ah (1)

式(1)中A 為安全系數(shù)，取1.1～1.4 之間，本式為A=1.2；QL為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時，QL=10.5Ah；NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)，由于采用光電互補，故可以取NL=1 天；T0 為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上為1.1，- 10℃以下取1.2，本式取T0=1.1；CC 為蓄電池放電深度，一般鉛酸電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.8，本式中CC =0.75。

因此，Bc = A×QL×NL×T0/CC=1.2 ×10.5 ×1×1.1/0.75=18.5Ah，實際設計中，我們選用48V、40Ah 免維護閥控密封鉛酸蓄電池。

2.3 太陽能電池方陣設計

太陽能電池組件以一定數(shù)目串聯(lián)起來，可獲得所需要的工作電壓。但是太陽能電池的串聯(lián)必須適當，串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，太陽能電池組方陣就不能對蓄電池充電;若串聯(lián)數(shù)太多，使輸出電壓遠高于浮充電壓時，充電電流也不會有明顯增加。因此，只有當太陽能電池組件串聯(lián)電壓等于合適充電電壓時，才能達到最佳狀態(tài)。

太陽能電池組的輸出電壓一般取蓄電池電壓的1.2～1.5倍，當取1.35倍時，蓄電池電壓為48V×1.35=64.8V，此處取65V。

若當天無太陽光時，蓄電池晚上給負載放電容量為：Bcb = A×QL×NL = 1.2×10.5×1 = 12.6Ah

如果按5小時太陽光給蓄電池充電，電流為：I = 12.6Ah/5h = 2.52A

所以太陽能電池方陣功率為：P = UI = 65V×2.52A = 163.8W

實際可采用4 塊36V 48W太陽能電池板，共192W，分兩組，每組2 塊串聯(lián)，電壓為72V。