中心議題：

• 太陽能路燈的原理及組成
• 太陽能路燈的照明控製係統

解決方案：

• 太陽能路燈的照明控製係統

隨sui著zhe全quan球qiu能neng源yuan的de日ri益yi緊jin張zhang，太tai陽yang能neng光guang伏fu照zhao明ming得de到dao了le迅xun速su發fa展zhan。在zai太tai陽yang能neng照zhao明ming係xi統tong的de發fa展zhan中zhong
，人ren們men不bu斷duan的de對dui照zhao明ming係xi統tong常chang用yong的de控kong製zhi模mo式shi進jin行xing分fen析xi，設she計ji各ge種zhong實shi際ji可ke行xing的de工gong作zuo模mo式shi，同tong時shi光guang源yuan技ji術shu也ye在zai不bu斷duan的de更geng新xin換huan代dai中zhong
，蓄xu電dian池chi的de充chong電dian模mo式shi也ye在zai不bu斷duan的de研yan究jiu探tan索suo中zhong，有you效xiao利li用yong率lv越yue來lai越yue高gao。在zai太tai陽yang能neng各ge個ge組zu成cheng部bu分fen的de發fa展zhan和he協xie調tiao中zhong
，太tai陽yang能neng照zhao明ming係xi統tong正zheng在zai不bu斷duan發fa展zhan完wan善shan。

1 太陽能燈的原理及組成

太陽能燈具係統為直流型獨立光伏係統。太陽能電池組(zu)件(jian)將(jiang)太(tai)陽(yang)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)，通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)器(qi)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)及(ji)保(bao)護(hu)，將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)變(bian)為(wei)化(hua)學(xue)能(neng)儲(chu)存(cun)在(zai)蓄(xu)電(dian)池(chi)中(zhong)。當(dang)用(yong)電(dian)時(shi)，蓄(xu)電(dian)池(chi)再(zai)將(jiang)化(hua)學(xue)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)


，供(gong)直(zhi)流(liu)負(fu)載(zai)使(shi)用(yong)，或(huo)者(zhe)通(tong)過(guo)逆(ni)變(bian)器(qi)逆(ni)變(bian)為(wei)交(jiao)流(liu)電(dian)供(gong)交(jiao)流(liu)負(fu)載(zai)使(shi)用(yong)。隻(zhi)有(you)當(dang)長(chang)時(shi)間(jian)無(wu)光(guang)照(zhao)以(yi)致(zhi)電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)電(dian)能(neng)用(yong)完(wan)時(shi)，這(zhe)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)才(cai)停(ting)止(zhi)工(gong)作(zuo)。

太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能控製器、蓄電池組、光源、燈杆及燈具外殼
，有的還要配置逆變器。

1）太陽能電池板
太tai陽yang能neng電dian池chi板ban是shi太tai陽yang能neng路lu燈deng中zhong的de核he心xin部bu分fen，也ye是shi太tai陽yang能neng路lu燈deng中zhong價jia值zhi最zui高gao的de部bu分fen。其qi作zuo用yong是shi將jiang太tai陽yang的de輻fu射she能neng轉zhuan換huan為wei電dian能neng，或huo送song至zhi蓄xu電dian池chi中zhong存cun儲chu起qi來lai。太tai陽yang能neng電dian池chi主zhu要yao用yong單dan晶jing矽gui、多晶矽為材料。單晶矽的光電轉換效率為13％～15％

，多晶矽為11％～13％。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。

2）太陽能控製器
太陽能燈具係統中最重要的一環是控製器
，其性能直接影響到係統壽命
，特別是蓄電池的壽命。控製器用工業級MCU做主控製器，通過對環境溫度的測量，對蓄電池和太陽能電池組件電壓
、電流等參數的檢測判斷，控製MOSFET器件的開通和關斷，達到各種控製和保護功能。

3）蓄電池
由於太陽能光伏發電係統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池係統才能工作。一般有鉛酸蓄電池
、Ni-Cd蓄電池
、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首shou先xian在zai能neng滿man足zu夜ye晚wan照zhao明ming的de前qian提ti下xia
，把ba白bai天tian太tai陽yang能neng電dian池chi組zu件jian的de能neng量liang盡jin量liang存cun儲chu下xia來lai，同tong時shi還hai要yao能neng夠gou存cun儲chu滿man足zu連lian續xu陰yin雨yu天tian夜ye晚wan照zhao明ming需xu要yao的de電dian能neng。蓄xu電dian池chi容rong量liang過guo小xiao不bu能neng夠gou滿man足zu夜ye晚wan照zhao明ming的de需xu要yao，容rong量liang過guo大da，一yi方fang麵mian蓄xu電dian池chi始shi終zhong處chu在zai虧kui電dian狀zhuang態tai
，影ying響xiang蓄xu電dian池chi壽shou命ming
，同tong時shi造zao成cheng浪lang費fei。蓄xu電dian池chi應ying與yu太tai陽yang能neng電dian池chi、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關係。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上
，係統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20%～30%

，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。

4）光源
太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節能燈、低壓鈉燈
、無極燈、LED光源。

LED燈光源壽命長，可達1000000小時，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高
，國產50lm/W
，進口80lm/W。隨著技術進步，LED的性能將進一步提高。

5）燈杆及燈具外殼燈杆的高度
燈杆及燈具外殼燈杆的高度應根據道路的寬度
、dengjudejianju，daoludezhaodubiaozhunqueding。dengjuwaikegenjuwomenshoujilexuduoguowaitaiyangdengziliao，zaimeiguanhejienengzhijian
，daduoshudouxuanzejieneng，dengjuwaiguanyaoqiubugao，xiangduishiyongjiuxing。

2 太陽能路燈照明控製係統

1）係統結構
太陽能路燈微機監控係統由微機主控線路、太陽能電池板
、蓄電池充放電器、蓄電池組、LED光源驅動和LED燈等幾部分組成。係統組成結構如圖1所示：

圖1 太陽能路燈微機監控係統組成結構

（1）微機主控線路
微機主控線路是整個係統的控製核心，控製整個太陽能路燈係統的正常運行。微機主控線路具有測量功能，通過對太陽能電池板電壓、蓄電池電壓等參數的檢測判斷
，控製相應線路的開通或關斷
，實現各種控製和保護功能。

（2）充電驅動線路
充電驅動線路由MOSFET驅動模塊及MOSFET組成。MOSFET驅動模塊采用高速光耦隔離
，發射極輸出，有短路保護和快速關斷功能。選用的MOSFET為隔離式、節能型單片機開關電源專用IC，驅動LED的全電壓輸入範圍為150～200V，輸出電流為8～9A。輸入電壓範圍寬，具有良好的電壓調整率和負載調整率
，抗幹擾能力強，低功耗。
[page]
本係統通過充電驅動線路完成太陽能電池組向蓄電池的充電，電路中還提供了相應的保護措施。

（3）LED驅動線路
由IGBT驅動模塊及MOSFET組成，實現對路燈亮度的調節及路燈的開關。

（4）太陽能電池組
太陽能電池組由太陽能電池單體（工作電壓約為0.5V,工作電流約為20～25mA/cm2,麵積為10cm×10cm）以串
、並方式連接成組件，一個標準組件包括36片單體，使一個太陽能電池組件大約能產生17V的電壓，成為一個額定電壓為12V的蓄電池池組。當應用係統需要更高的電壓和電流組件時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。

（5）蓄電池組
youyucongguangfuzhenliededaodenengliangbuzongshiyudianzifuzaidexuqiuxiangfu，dangguangfuzhenliebenshenbunengtigongzugoudegonglvshi，xudianchirengnengshifuzaigongzuo。ruguodianzifuzaixuyaozaiyejianhuozaiduoyunhuoyintianshigongzuo，jiuxuyaonengliangdecunchu。xudianchicunchunengliangdedaxiaoshejiweizizhuyunxingqijianmanzupingjunmeiridianzifuzaidexuqiu。yibanlaishuo，yingnengchubei5～7天(tian)的(de)夜(ye)間(jian)照(zhao)明(ming)用(yong)電(dian)量(liang)。在(zai)獨(du)立(li)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)中(zhong)，由(you)光(guang)伏(fu)陣(zhen)列(lie)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)能(neng)不(bu)總(zong)是(shi)在(zai)電(dian)能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)同(tong)時(shi)加(jia)以(yi)使(shi)用(yong)，所(suo)以(yi)在(zai)多(duo)數(shu)獨(du)立(li)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)中(zhong)需(xu)要(yao)蓄(xu)電(dian)池(chi)。

（6）通信裝置
由無線數傳模塊組成。無線數傳模塊支持GPRS,帶有RS-232接口
，通信距離達100米，抗幹擾性強，不受廣播電視，移動通信幹擾，實現相鄰路燈終端之間的通信。

2）功能控製
（1）太陽能路燈控製器的基本要求
太陽能路燈由多個LED燈deng串chuan聯lian而er成cheng，路lu燈deng照zhao明ming係xi統tong不bu但dan消xiao耗hao大da量liang的de電dian能neng，而er且qie還hai需xu要yao投tou入ru巨ju額e的de日ri常chang維wei護hu費fei用yong，給gei城cheng市shi帶dai來lai電dian力li供gong應ying和he財cai政zheng支zhi出chu的de雙shuang重zhong壓ya力li。製zhi定ding“按需照明”的供電策略可以緩解這一矛盾。通過編程可以實現對分布在城市繁華路段的路燈機動靈活的控製

，可在任意時間段內通過PWM方式實現開關控製，以達到既節電又烘托城市燈光氣氛的目的。控製基本要求如下：

①對前半夜與後半夜的亮度進行控製，控製比例依情況而定；②開啟單邊路燈策略
，即蓄電池現有電量隻供一路路燈照明，另一路路燈關閉；③半夜燈策略，即前半夜開燈，後半夜關燈，蓄電池現有電量隻供前半夜照明使用。

太tai陽yang能neng路lu燈deng都dou是shi以yi自zi然ran光guang線xian的de強qiang弱ruo來lai控kong製zhi照zhao明ming燈deng具ju的de開kai關guan，這zhe些xie光guang控kong太tai陽yang能neng照zhao明ming係xi統tong的de優you化hua設she計ji是shi係xi統tong長chang期qi可ke靠kao運yun行xing的de前qian提ti。係xi統tong容rong量liang可ke以yi根gen據ju當dang地di的de地di理li位wei置zhi、qixiangtiaojianhefuzaizhuangkuangzuochuzuiyouhuasheji。danshiyouyujijieyinsu
，dongtiantaiyangfusheyaobixiatianshao，taiyangdianchizhendongtianchanshengdedianliangbixiatianshao
，keshidongtianxuyaozhaomingdedianliangquebixiatianduo
，congershizhaomingxitongdefadianliangyuxudianliangxingchengfancha，yirannanyipinghengyuefadianliangyingyuhehaodianliangkuisun。weiletigaozhaomingxitongfadianliangdeliyonglv，kefuxitongquediandailaidebuzu，zaitaiyangnengzhaomingxitongdefazhanzhong
，renmenbuduandiduizhaomingxitongchangyongdekongzhimoshijinxingfenxi
，shejigezhongshijikexingdegongzuomoshi，tongshiguangyuanjishuyezaibuduandegengxinhuandaizhong，xudianchidechongdianmoshiyezaibuduandeyanjiutansuozhongyouxiaoliyonglvyuelaiyuegao
，yincizaitaiyangnenggegezuchengbufendefazhanhexietiaozhong，taiyangnengzhaomingxitongzhengzaibuduandiquyuwanshan。

根(gen)據(ju)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)係(xi)統(tong)的(de)特(te)點(dian)，路(lu)燈(deng)運(yun)行(xing)要(yao)兼(jian)顧(gu)蓄(xu)電(dian)池(chi)剩(sheng)餘(yu)容(rong)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)。當(dang)路(lu)燈(deng)正(zheng)常(chang)開(kai)啟(qi)時(shi)，根(gen)據(ju)蓄(xu)電(dian)池(chi)剩(sheng)餘(yu)容(rong)量(liang)檢(jian)測(ce)法(fa)得(de)到(dao)當(dang)前(qian)蓄(xu)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)
，通(tong)過(guo)查(zha)詢(xun)後(hou)得(de)到(dao)蓄(xu)電(dian)池(chi)將(jiang)要(yao)維(wei)持(chi)的(de)供(gong)電(dian)時(shi)間(jian)，平(ping)均(jun)使(shi)用(yong)蓄(xu)電(dian)池(chi)現(xian)有(you)電(dian)量(liang)

，同(tong)時(shi)根(gen)據(ju)當(dang)晚(wan)可(ke)使(shi)用(yong)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)對(dui)路(lu)燈(deng)照(zhao)明(ming)方(fang)式(shi)靈(ling)活(huo)控(kong)製(zhi)，合(he)理(li)使(shi)用(yong)蓄(xu)電(dian)池(chi)現(xian)有(you)電(dian)量(liang)。

（2）蓄電池充放電控製功能
xudianchichongfangdiankongzhishizhenggexitongdezhongyaogongneng，tayingxiangzhenggetaiyangnengludengxitongdeyunxingxiaolv，hainengfangzhixudianchizudeguochongdianheguofangdian。xudianchideguochongdianhuoguofangdianduiqixingnengheshoumingyouyanzhongyingxiang。chongfangdiankongzhigongneng，ankongzhifangshikefenweikaiguankongzhi（含單路和多路開關控製）型和脈寬調製（PWM）控製（含最大功率跟蹤控製）型。本係統采用脈寬調製控製器方式，並選用MOS晶體管作為開關器件。當白天晴天的情況下
，根據蓄電池的剩餘容量
，選擇相應的占空比方式向蓄電池充電，力求高效充電；夜間根據蓄電池的剩餘容量及未來的天氣情況
，通過調整占空比方式進而調節LED燈亮度，以保證均衡合理使用蓄電池。

此外係統還具有對蓄電池過充的保護功能，即充電電壓高於保護電壓（15V）時，自動調低蓄電池的充電電壓；此後當電壓掉至維護電壓（13.2V）時，蓄電池進入浮充狀態，當低於13.2V後浮充關閉，進入均充狀態。

當蓄電池電壓低於保護電壓（11V）時，控製器自動關閉負載開關以保護蓄電池不受損壞。通過PWM方式充電，既可使太陽能電池板發揮最大功效

，又提高了係統的充電效率。本設計對蓄電池的反接

、過充，過放具有相應保護措施。

（3）太陽能路燈運行方式控製功能
高亮度大電流LED燈
，由於相同亮度的情況下，比白熾燈省電約90%，得到了廣泛的應用

，現已有逐漸替代常規照明燈的趨勢。

太陽能路燈由多個LED燈串聯而成
，亮度通過PWM方式可調

，即通過EN端改變流經LED的電流，從而調節LED燈亮度
，電流強度可以從幾毫安到1安培
，最終使LED燈達到預期的亮度。

PWM信號可由微控製器產生
，也可由其它脈衝信號產生
，PWM信號可使通過LED燈的電流從0變到額定電流，即可使LED燈從暗變為正常亮度。PWM占空比越小（高電平時間長）

，亮度越高。利用PWM控製LED的亮度，非常方便和靈活
，是最常用的調光方法，PWM的頻率可從幾十Hz到幾千Hz。

PWM調光是通過控製MOSFET晶體管實現的。

由於本係統路燈單元采用的電壓是由幾個蓄電池串聯產生的，所以選用MOSFET晶體管時，首先要考慮MOSFET的耐壓
，本係統要求MOSFET的耐壓要高於40V
；其次
，根據驅動LED燈電流的大小，選擇MOSFET的IDS的最大電流。在直流供電情況下
，首先考慮的是IDS最大電流值和RDS值。一般情況下
，應選用MOSFET的IDS最大電流是LED燈驅動電流的5倍以上；另外還要選擇MOSFET的內阻要小；LED驅動電流越大，RDS應越小，RDS越小，變換效率越高。

chengshitaiyangnengludengshiherenminshenghuomiqiexiangguandegonggongsheshi，tazaiyidingchengdushangfanyinglechengshidefanrongchengdujifazhanshuiping。zaiguoquhenchangyiduanshijiannei，ludengdegengxinduoshijuxianyuqizhaomingbufen，suizhechengshijidianzijishudefazhan


，chengshiludengxitongjinglileshougongkongzhi、自動定時/光電控製、計算機程序控製的發展過程。用計算機來實現城市太陽能路燈係統的自動控製

，對於提高城市的現代化管理水平，節省人力、物(wu)力(li)
，都(dou)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)經(jing)濟(ji)和(he)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)。通(tong)過(guo)有(you)效(xiao)的(de)調(tiao)節(jie)燈(deng)光(guang)開(kai)關(guan)時(shi)間(jian)
，能(neng)夠(gou)極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)了(le)路(lu)燈(deng)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)質(zhi)量(liang)和(he)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)，為(wei)城(cheng)市(shi)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)
、維護
、擴展
、提供全麵的解決方案和強有力的技術支持
，提高了城市照明運行管理水平。