中心議題：

• 太陽能路燈控製器的主要設計要求和發展階段介紹
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器的設計
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案模擬

解決方案：

• MPPT電路介紹
• 過充過放保護介紹
• 智控開關，實時監測，預警功能介紹
• 亮度的自適應調節介紹

摘要：基ji於yu改gai善shan季ji節jie性xing負fu載zai光guang伏fu太tai陽yang能neng路lu燈deng運yun行xing可ke靠kao性xing的de目mu的de，采cai用yong新xin一yi代dai自zi適shi應ying單dan純chun太tai陽yang能neng供gong電dian路lu燈deng控kong製zhi器qi設she計ji的de方fang法fa，通tong過guo功gong率lv調tiao節jie，電dian量liang檢jian測ce和he剩sheng餘yu電dian量liang計ji算suan、組網功能等對蓄電池的充、放電以及路燈的開

、關、最大功率跟蹤等智能控製，提高了太陽能電池的de轉zhuan換huan效xiao率lv，延yan長chang了le蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming，降jiang低di產chan品pin造zao價jia。得de到dao了le自zi適shi應ying單dan純chun太tai陽yang能neng供gong電dian路lu燈deng控kong製zhi器qi是shi提ti高gao季ji節jie性xing負fu載zai光guang伏fu太tai陽yang能neng路lu係xi統tong可ke靠kao性xing保bao證zheng的de結jie論lun。

大(da)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)以(yi)其(qi)無(wu)需(xu)鋪(pu)設(she)電(dian)纜(lan)，不(bu)消(xiao)耗(hao)常(chang)規(gui)能(neng)源(yuan)等(deng)優(you)點(dian)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)認(ren)可(ke)。然(ran)而(er)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)還(hai)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)造(zao)成(cheng)其(qi)成(cheng)本(ben)偏(pian)高(gao)
，可(ke)靠(kao)性(xing)不(bu)穩(wen)定(ding)，、birudianchiwangwangbudaoyinianjiuxuyaogenghuan，bujintigaolehouqiweihudefeiyong
，erqiezengjialekehudexiaofeichengben，yezaochengleziyuanlangfei。qicishitaiyangnengshuyubuwendingnengyuan，erqienengliangfenbubujun，xiatiannengliangchongzu，danludengshiyongshijianduan

，dongtianyouxiaoguangzhaoshijianduan，danludengshiyongshijianchang，dadajiangdileyunxingdekekaoxing，qiyuanyinzhuyaoshoudaotaiyangnengludengkongzhiqixingnengdeyingxiang。taiyangnengkongzhiqishitaiyangnengguangfuxitongzhongdehexinbufen
，zhuyaowanchengduixudianchidechong
、放電、調光和路燈的開、美控製，以及在過充、過放電、過載等情況發生時對係統進行及時和有效地保護
，保證照明時間
，確保可靠性
，有效延長電池壽命，降低成本。

1  太陽能路燈控製器的主要設計要求和發展階段

太陽能路燈控製器的技術和質量的主要要求有：

1）供電係統，根據太陽能路燈蓄電池板特性，要設計成恒流輸出：
2）過充

，過放保護；
3）具有係統功率調節功能
；
4）建立網絡控製係統；
5）根據市場要求，產品模塊化。

太陽能路燈控製器的發展到日前為止已經經曆了3個階段：第di一yi代dai功gong能neng比bi較jiao簡jian陋lou
，開kai關guan燈deng控kong製zhi需xu要yao外wai接jie光guang敏min感gan應ying器qi，定ding時shi時shi間jian不bu可ke設she置zhi
，沒mei有you電dian池chi保bao護hu電dian路lu，係xi統tong壽shou命ming非fei常chang短duan暫zan
，很hen快kuai就jiu被bei市shi場chang淘tao汰tai：第di二er代dai在zai第di一yi代dai的de基ji礎chu上shang，設she置zhi了le電dian池chi保bao護hu電dian路lu，通tong過guo太tai陽yang能neng路lu燈deng蓄xu電dian池chi組zu件jian搜sou集ji光guang敏min數shu據ju，通tong過guo開kai關guan或huo程cheng序xu設she置zhi定ding時shi，技ji術shu上shang有you了le階jie躍yue式shi的de發fa展zhan
，逐zhu漸jian被bei市shi場chang接jie受shou：第三代路燈控製器在於多數商家采用了PWM充電控製功能
，對蓄電池進行涓流充電
，有效延長了電池壽命，降低了使用成本

，從而進一步擴大市場占有率。

一yi個ge好hao的de控kong製zhi器qi可ke以yi彌mi補bu甚shen至zhi解jie決jue純chun太tai陽yang能neng路lu燈deng的de諸zhu多duo問wen題ti

，提ti高gao其qi嗬he靠kao性xing。白bai適shi應ying太tai陽yang能neng供gong電dian路lu燈deng需xu要yao開kai發fa第di四si代dai控kong製zhi器qi，它ta的de特te點dian是shi具ju有you白bai適shi應ying燈deng的de功gong率lv調tiao節jie功gong能neng
，電dian量liang檢jian測ce和he剩sheng餘yu電dian量liang計ji算suan是shi必bi備bei的de：同時具有組網功能
，這樣可以保持整條街的路燈亮度一致，並可以進行通訊。

2  自適應單純太陽能供電路燈控製器的設計

日前各種現代控製理論
，如白適應控製、自學習控製

、模糊邏輯控製、神經網絡控製等先進控製理論和算法也大量應用在光伏發電係統中。其中自適應控製太陽能供電路燈控製器設計是值得推進的技術。

2.1設計目標

白適應單純太陽能供電路燈的設計目標：主要針對支路和供行人和非機動車通行的居住區道路和人行道路燈，對於南風能供電或風光互補的路燈係統本設計同樣適合：由you於yu太tai陽yang能neng的de不bu可ke靠kao性xing以yi及ji主zhu幹gan道dao的de照zhao明ming設she計ji標biao準zhun的de嚴yan格ge性xing
，單dan純chun太tai陽yang能neng供gong電dian比bi市shi電dian供gong電dian的de路lu燈deng控kong製zhi器qi的de設she計ji更geng為wei複fu雜za，如ru係xi統tong控kong製zhi需xu要yao太tai陽yang能neng和he市shi電dian切qie換huan，則ze在zai本ben設she計ji的de基ji礎chu上shang進jin行xing精jing簡jian就jiu好hao了le。目mu標biao地di點dian位wei於yu北bei京jing市shi內nei。

2.2  自適應單純太陽能供電路燈控製器設計特點及功能

白適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案的宗旨：通過精確控製
，達到降低成本，提高可靠性的日的。主要具有以下幾個特點及功能（以太陽能路燈儲能器件為鉛酸電池為例）：

1）MPPT電路
genjutaiyangnengludengxudianchibandetexing，rujiangtaiyangnengludengxudianchizhenliedeshuchudianyakongzhizaimougehengdingdianyazhifujin，zetaiyangdianchizaizhenggegongzuoguochengzhongjinsiribiaozaizuidagonglvdianchu，taiyangnengdianchizujiandenengliangzhuanhuanxiaolvzuigao。liyongPWM技術並通過對負載穩壓來實現對LED的恒流
，從而保證了LED的可靠使用141.采用意法半導體公司的MPPT專用芯片SPV1020.跟蹤效率可達98%,能量轉換效率為95%.理論上
，使用MPPT技術會比傳統方法效率提高50%,實際測試中，由於周圍環境影響與各神能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%.

2）過充過放保護
采用充電限壓，電池溫升檢測策略

，如蓄電池電36 V,充電截止電壓42.5-43 V,充電截止溫度80℃
，充電截止溫升30℃。不過絕大部分時間蓄電池基本處於欠充狀態。同時通過對電池電壓的數據實時采集

，利用軟件控製對電池采取限壓保護：通過實時計算電池電量進行防過充過放保護，電量為100%時停止充電
，電量為20%時停止放電

，為延長其壽命，做了第二道防線。圖1 為蓄電池過充保護流程圖。
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3）智控開關
，實時監測
，預警功能 
進(jin)行(xing)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)電(dian)池(chi)板(ban)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)，蓄(xu)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)，蓄(xu)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)監(jian)測(ce)，以(yi)及(ji)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)檢(jian)測(ce)，采(cai)用(yong)光(guang)開(kai)時(shi)關(guan)，並(bing)實(shi)時(shi)上(shang)傳(chuan)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)及(ji)狀(zhuang)態(tai)數(shu)據(ju)，預(yu)警(jing)故(gu)障(zhang)，保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。圖(tu)2為太陽能路燈的開、關控製流程網。



4）亮度的自適應調節
通常太陽能路燈廠家為了保證連續陰雨天的正常工作，隻一味地加大蓄電池容量，一般蓄電池的容量可達電池板容量的5倍bei，其qi實shi這zhe樣yang做zuo並bing不bu能neng解jie決jue問wen題ti。因yin為wei陰yin雨yu天tian工gong作zuo的de可ke靠kao性xing並bing不bu取qu決jue於yu電dian池chi的de容rong量liang，而er是shi由you很hen多duo因yin素su平ping衡heng而er定ding的de。根gen據ju當dang前qian地di理li位wei置zhi
，季ji節jie，時shi間jian
，氣qi象xiang條tiao件jian，光guang的de輻fu射she量liang，浮fu塵chen濃nong度du，工gong作zuo環huan境jing以yi及ji剩sheng餘yu電dian量liang，自zi適shi應ying調tiao節jie燈deng的de亮liang度du，合he理li分fen配pei能neng量liang。由you於yu設she計ji為wei純chun太tai陽yang能neng供gong電dian，不bu考kao慮lv雙shuang電dian源yuan情qing況kuang，所suo以yi要yao想xiang提ti高gao係xi統tong可ke靠kao性xing
，唯wei一yi的de方fang案an就jiu是shi犧xi牲sheng燈deng的de亮liang度du。

根(gen)據(ju)當(dang)天(tian)用(yong)電(dian)前(qian)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)和(he)當(dang)天(tian)的(de)充(chong)電(dian)量(liang)來(lai)進(jin)行(xing)白(bai)適(shi)應(ying)調(tiao)節(jie)
，在(zai)保(bao)證(zheng)正(zheng)常(chang)照(zhao)明(ming)的(de)同(tong)時(shi)
，使(shi)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)長(chang)期(qi)保(bao)持(chi)在(zai)高(gao)電(dian)位(wei)，並(bing)且(qie)使(shi)充(chong)放(fang)電(dian)深(shen)度(du)在(zai)30%以下，根據電池循環壽命曲線
，可以延長電池壽命4-5倍，有效降低太陽能路燈的成本，提高可靠性。以下將分別闡述剩餘電量和充電量的計算過程。

2.2.1  電池電量檢測

1）電量檢測的算法
大量的實驗數據表明，電池老化時蓄電池的內阻與電荷之間有較高的相關性（0.88左右）
，蓄電池完全充電和完全放電時的內阻相差2-4倍，所以通過測量電池內阻可較準確地檢測電池電量。

2）建立內阻一電量一循環周期的關係曲線
為了得到實時剩餘電量值
，要建立一個電量和內阻之間關係的數據庫。

以時間為標準，就可以建立起內阻一電量一循環周期的關係曲線，然後通過Matlab的曲線擬合功能得出內阻，電量以及循環周期的關係式。蓄電池內阻與剩餘電量關係曲線如

圖3所示

，剩餘電量隨著內阻的增大而成指數趨勢減小。
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3）在線檢測電量
zaitaiyangnengludenggongzuokaishizhiqianjiancechushengyudianliang，caiyongjiaoliuyajiangneizuceliangfacedeneizuzhi
，tongguozhazuohaodeshujubiao，bingjinxingshujuxiaozheng，dedaoduiyingdedianliangzhi。

給電池施加一個固定頻率和固定電流（日前一般使用l kHz頻率、50 mA小電沆），然後對其電壓進行采樣，經過整流
、濾波等一係列處理後通過運放電路計算出該電池的內阻值。圖4為在線測量剩餘電量硬件框圖。

2.2.2充電量計算

充電量是通過太陽能電池板接收輻射強度和電池板麵積計算得到的。太陽能電池板接收輻射強度為單日輻射強度與sin a的乘積，其中a為正午太陽輻射與電池板的平均夾角。電池板麵積可參考配置計算部分的內容
，並且經過優化得到的。

2.2.3剩餘電量計算

tongguojisuandianliuzaishiyushangdejifen，kedechudianliangbianhuazhi，zailudenggongzuoqianjiancedaodedianchidianliangzuoweichushidianliang
，zeshengyudianliangweichushidianliangjianqudianliangbianhuazhi。tongshitongguoduiMPPT電路的輸出電流做積分，作為電量變化的校正值
，從而得到較準確的剩餘電量值。圖5為剩餘電量計算流程圖。 [page]
1）Zighee無線通訊係統連網
保證整條路的路燈的開
，關時間一致，馬路亮度均勻，保證駕駛安全
，避免駕駛員視覺疲勞；實時傳送數據，進行遠程監測和控製：在線軟件升級
，降低維護及調試成本：待機睡眠
，降低係統功耗。將Zigbee無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo技ji術shu應ying用yong於yu蓄xu電dian池chi牛niu產chan過guo程cheng中zhong的de充chong放fang電dian參can數shu檢jian測ce中zhong，將jiang極ji大da地di提ti高gao產chan品pin測ce試shi的de靈ling活huo性xing和he可ke靠kao性xing，對dui提ti高gao蓄xu電dian池chi牛niu產chan質zhi量liang和he效xiao率lv具ju有you重zhong要yao意yi義yi問wen。

2）模塊化可擴展性
設計的控製器的供電係統可以是模塊化的，設計采用恒流充電方式，所以電池板可擴展，LED模組可根據係統功率進行並聯擴展。

根據如上計算，具體設計框圖如圖6所示，為太陽能路燈控製係統硬件框架。圖7為太陽能路燈控製係統電路原理圖。

3  自適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案模擬

開關燈的時間根據天安門升降旗時間而定
，如表1所示，全年最長點燈時長茌12月為14.52小時，最短為9.13小時。照明時間分為3個時段
，第一個時段從當天天安門降旗時刻開始，為5個小時
，第二個時段到早上5點，第三個時段從5點到滅安門升旗時刻，燈光亮度各時段權重比為5:2:3,如果以100 W光源為設計標準，則光源功耗最大為1.068 5 kW-h。
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圖8顯示根據表1中的數據得m的各月太陽能電池板麵積排列柱形罔，從而可以選定電池板的麵積為柱形途中的拐點處2月的畫積值，太陽電池板麵積為2.2 IT12.蓄電池為115 Ah.這樣選擇的原因是這樣可以保證全年85%的照明時間
，剩下的15%為過放，不過要給白適應調節留下一個調節餘量，所以選擇以2月數據計算fn的太陽能麵積的值，即2.216 2 m2,過放的情況為3個月，過放比率為25%,從而有100/e的調節空間。



4 結  論

白適應單純太陽能供電路燈控製器的設計，實現了以MPPTdianluweikongzhihexindezhinengtaiyangnengludengkongzhiqi，juyouwaiweidianlujiandan
，kekaoxinggaodetedian，shixianletaiyangnengdianchidezuidagonglvdiangenzong，caiyonglehelidexudianchichongfangdiancelve
，shixiansuanfajiandan，jitigaoletaiyangnengdianchibandeshiyongxiaolv，youyanchanglexudianchideshiyongshouming
，duiyugebieguofenqianchong、過充燈根據問題加大、減jian小xiao電dian池chi板ban麵mian積ji
，更geng換huan電dian池chi或huo燈deng珠zhu
，根gen據ju每mei盞zhan路lu燈deng的de實shi際ji情qing況kuang靈ling活huo調tiao整zheng其qi配pei置zhi，可ke使shi每mei盞zhan燈deng都dou工gong作zuo在zai最zui佳jia狀zhuang態tai
，不bu但dan保bao證zheng了le正zheng常chang照zhao明ming，而er且qie避bi免mian了le資zi源yuan浪lang費fei，也ye降jiang低di了le產chan品pin造zao價jia
，具ju有you一yi定ding的de參can考kao和he推tui廣guang應ying用yong價jia值zhi。