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智能型LED太阳能路灯系统的设计

2012-04-30 04:51
老猫
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  摘要:提出一种新型的智能化控制的LED 路灯系统,将太阳能电池板的输出电压经过DC/DC 升压电路,并引入了基于CVT 法的MPPT 控制策略。利用模拟开关4051 及PIC 实现了对路灯系统工作状态的实时监测与控制。并简要介绍了Zigbee通讯组件在系统中的相关应用。

  太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源,太阳能作为一种巨量可再生能源。随着传统能源的日益紧缺,太阳能的应用将会越来越广泛,尤其太阳能发电领域在短短的数年时间内已发展成为成熟的朝阳产业。

  目前,道路照明占整个照明用电量的25%~30%,因此道路照明节能具有很大的潜力和空间。目前道路照明使用最多的是高压纳灯,这种光源存在显色性差、启动时间长、耗电量高、发热量大等缺点,需要发展新的更节能的道路照明光源。

  大功率高光效LED 是近年来国内外快速发展起来的新光源,它具有光效高(≥90 lmPW(1W LED))、寿命长(30000~50000h)、耐震动不易损坏、瞬时启动、无污染等优点。白光LED 是普通照明和道路照明的理想光源。太阳能路灯具有很多优点:安全可靠、维护方便;不需要常规能源、不污染环境;可以根据需要随处安装、不用连接公共电网。因此,发展LED 路灯具有重要的节能意义。本文在原有太阳能路灯系统的基础上提出并研发了一种新型的智能型LED 太阳能路灯系统。

  1 太阳能路灯系统的组成

  路灯系统由以下几个部分组成:太阳能电池板、升压电路模块、控制器模块、Zigbee 通讯组件、蓄电池组、LED 光源。

  如图1 所示。

  图1 路灯的效果图及组成框图

  系统的基本工作原理:在太阳能控制器的控制下,白天太阳能电池板经过两路升压电路(12V 到42V)向蓄电池组充电, 晚上蓄电池组提供电力给LED 灯负载。在控制模块中,实现了对升压电路、蓄电池电压、温度、LED 灯组温度、电池板电压的实时控制,并通过模拟开关采集数据反馈到PIC实现对路灯系统的智能化控制。而Zigbee 模块为路灯系统的组网提供了可靠的技术保障。

  1.1 太阳能电池板

  太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分,也是太阳能灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能,或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等3 种。在太阳光充足日照好的地区,采用多晶硅太阳能电池为好,因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单,价格比单晶硅太阳能电池低。在阴雨天较多、阳光相对不是很充足的地区,采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好,因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。另外第2 代太阳电池的研制,即将取得突破性进展,其核心部件是一种可粘接的薄膜,即薄膜太阳能电池材料。

  1.2 Boost 电路模块及其蓄电池组

  在本系统中,太阳能电池板采集的太阳能通过两路DCDC升压电路给蓄电池充电。Boost 电路采用LM5022 搭建,利用了芯片本身自带的低压自锁功能巧妙的实现了对电路充电的控制。参照太阳能电池的输出电压随光照的关系可知,在傍晚(夏天18︰00 左右,冬天17︰00 左右),太阳能电池的输出电压会低于芯片的自锁电压(1.25V 左右),通过系统中的控制模块使系统停止向蓄电池充电,并而进入照明状态。简要电路如图2 所示。

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