自適應(yīng)太陽能供電路燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、收稿日期:2011－12－25基金項(xiàng)目:遼寧省教育科學(xué)十二五規(guī)劃(No:110068)作者簡介:王強(qiáng)(1954－)，男，副教授，從事太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)研究自適應(yīng)太陽能供電路燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)王強(qiáng)1，張雅凡2(1渤海大學(xué)數(shù)理學(xué)院，遼寧錦州1210132天津英諾華微電子技術(shù)有限公司，天津3400457)摘要:對于季節(jié)性負(fù)載光伏太陽能路燈照明系統(tǒng)，既要保證光伏照明系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行，充分滿足負(fù)載的用電需求，又要節(jié)省投資獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。目前還

2、存在很多技術(shù)問題影響其成本和使用效果。本文提出了自適應(yīng)太陽能供電路燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，延長使用壽命，降低產(chǎn)品造價(jià)，提高了系統(tǒng)可靠性。關(guān)鍵詞:自適應(yīng)太陽能路燈可靠性電池管理最大功率跟蹤中圖分類號:TK514文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1673－0569(2012)01－0083－090引言我國幅員遼闊，太陽能資源豐富。很多城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)正在大力推動太陽能路燈的應(yīng)用，尤其在沒有電網(wǎng)的農(nóng)村，雖然太陽能路燈同常規(guī)電網(wǎng)供電的路燈相比有相當(dāng)明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是，太陽

3、能路燈穩(wěn)定性不高、成本還是偏高，蓄電池的壽命偏低、LED光源與太陽能電池壽命不匹配。尤其是一年四季太陽光能量分布不均等，大大降低了太陽能路燈運(yùn)行的可靠性。設(shè)計(jì)一種能夠有效提高可靠性同時(shí)兼顧成本的自適應(yīng)太陽能供電路燈的系統(tǒng)，主要是第四代太陽能路燈的控制器的研發(fā)、蓄電池管理、LED光源優(yōu)化、zigbee無線通訊系統(tǒng)連網(wǎng)的使用。即在保持電池的最佳工作點(diǎn)和放電深度的同時(shí)，解決太陽能路燈蓄電池管理和穩(wěn)定性問題，使成本大幅度降低。1單純太陽能供電路

4、燈系統(tǒng)現(xiàn)有問題11太陽能路燈蓄電池、光源壽命普遍不長太陽能路燈的成本主要集中在蓄電池，電池板和光源LED上，太陽電池板的壽命大概在25年，LED的壽命在100kh(驅(qū)動器中因有電解電容的存在壽命僅約10kh)，一般太陽能路燈的蓄電池雖然多采用成本低廉的鉛酸電池，但一年左右就要更換一次，不僅增加了使用成本，而且提高了維護(hù)成本。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，如果蓄電池能長期保持工作在高電量值，并且放電深度在30%以下時(shí)，可防止電池硫化，延長使用壽命4到5倍

5、。12太陽能能量全年分布不均勻，增加了太陽能供電路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度表1為我們搜集到的北京地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，從表1中可以看出，以北京氣象臺測得北京市內(nèi)數(shù)據(jù)為例，全年5月份太陽輻射最強(qiáng)，12月份太陽輻射最弱，5月份約為12月份太陽輻射量的29倍。對于太陽能路燈系統(tǒng)來說，發(fā)電量逐月變化，使用電量變化不大，想把夏天的電量儲存到冬季是不可行的，因?yàn)槠胀ㄐ铍姵夭豢赡艽鎯@么多電量，而大容量蓄電池則大大增加成本，而且在北方漫長的冬季，大容量電池將長

6、期處于欠電狀態(tài)，將大大縮短電池壽命。第33卷第1期2012年3月渤海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofBohaiUniversity(NaturalScienceEdition)Vol33，No1Mar201231設(shè)計(jì)方案的主體思路自適應(yīng)單純太陽能供電路燈的設(shè)計(jì)方案的目標(biāo):主要針對支路和供行人和非機(jī)動車通行的居住區(qū)道路和人行道路燈〔3〕。一般說來主干道的路燈照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比較嚴(yán)格，而單純太陽能供電的路燈系統(tǒng)的技術(shù)和控制更為復(fù)雜，如

7、果采用雙電源供電，也就是系統(tǒng)控制可以做到太陽能和市電相互切換，那么本設(shè)計(jì)會更加實(shí)用。32設(shè)計(jì)方案的主要內(nèi)容要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的基本目標(biāo)，關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)在控制上精準(zhǔn)與合理，成本上達(dá)到盡量的低，運(yùn)行上必須提高可靠性。必須具備完整的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及功能(儲能器件為鉛酸電池):(1)先進(jìn)的最大功率跟蹤MPPT電路由于太陽能路燈電池板的電壓與電流是非線性關(guān)系，在自適應(yīng)單純太陽能供電路燈的設(shè)計(jì)方案中一定要做到使太陽電池在整個工作過程中近似工作在最大功率點(diǎn)處，太陽能

8、路燈太陽電池板的能量轉(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〔4〕。(2)可靠的保護(hù)電路設(shè)計(jì)過充保護(hù)電路采用了充電限壓和蓄電池溫升控制設(shè)計(jì)，事實(shí)上蓄電池大部分時(shí)間基本處于欠充狀態(tài)。在設(shè)計(jì)對蓄電池管理時(shí)是對蓄電池電壓的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，對蓄電池設(shè)置限壓保護(hù)程序采用實(shí)時(shí)計(jì)算與測試蓄電池電量，并對其采取防過充和過放保護(hù)。圖1為太陽能路燈控制系統(tǒng)蓄電池過充、過放保護(hù)應(yīng)用程序流程圖，電量為100%時(shí)

9、開啟停止充電程序，電量為70%時(shí)開啟停止放電程序，這樣就為延長蓄電池壽命，做了必要的防護(hù)措施。圖1蓄電池過充保護(hù)應(yīng)用程序流程圖(3)采用智能開關(guān)設(shè)置、實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)測、故障預(yù)警功能的電路設(shè)計(jì)圖2所示為太陽能路燈控制系統(tǒng)部分應(yīng)用程序燈的開、關(guān)控制流程圖。采用智能開關(guān)設(shè)置，實(shí)時(shí)檢測太陽能路燈太陽電池板電流參數(shù)、蓄電池的電壓參數(shù)、蓄電池電量參數(shù)、環(huán)境溫度參數(shù)等，管理軟件對于這些參數(shù)進(jìn)行處理與自動控制，系統(tǒng)設(shè)置了故障預(yù)警及自動恢復(fù)功能。提高了系統(tǒng)的