太陽能照明原理、組成及控制系統(tǒng)

　　2）功能控制

　?。?）太陽能路燈控制器的基本要求

　　太陽能路燈由多個LED燈串聯(lián)而成，路燈照明系統(tǒng)不但消耗大量的電能，而且還需要投入巨額的日常維護費用，給城市帶來電力供應和財政支出的雙重壓力。制定“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(xiàn)對分布在城市繁華路段的路燈機動靈活的控制，可在任意時間段內(nèi)通過PWM方式實現(xiàn)開關(guān)控制，以達到既節(jié)電又烘托城市燈光氣氛的目的。控制基本要求如下：

　?、賹η鞍胍古c后半夜的亮度進行控制，控制比例依情況而定；②開啟單邊路燈策略，即蓄電池現(xiàn)有電量只供一路路燈照明，另一路路燈關(guān)閉；③半夜燈策略，即前半夜開燈，后半夜關(guān)燈，蓄電池現(xiàn)有電量只供前半夜照明使用。

　　太陽能路燈都是以自然光線的強弱來控制照明燈具的開關(guān)，這些光控太陽能照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計是系統(tǒng)長期可靠運行的前提。系統(tǒng)容量可以根據(jù)當?shù)氐牡乩砦恢谩庀髼l件和負載狀況做出最優(yōu)化設(shè)計。但是由于季節(jié)因素，冬天太陽輻射要比夏天少，太陽電池陣冬天產(chǎn)生的電量比夏天少，可是冬天需要照明的電量卻比夏天多，從而使照明系統(tǒng)的發(fā)電量與需電量形成反差，依然難以平衡月發(fā)電量盈余和耗電量虧損。為了提高照明系統(tǒng)發(fā)電量的利用率，克服系統(tǒng)缺電帶來的不足，在太陽能照明系統(tǒng)的發(fā)展中，人們不斷地對照明系統(tǒng)常用的控制模式進行分析，設(shè)計各種實際可行的工作模式，同時光源技術(shù)也在不斷的更新?lián)Q代中，蓄電池的充電模式也在不斷的研究探索中有效利用率越來越高，因此在太陽能各個組成部分的發(fā)展和協(xié)調(diào)中，太陽能照明系統(tǒng)正在不斷地趨于完善。

　　根據(jù)太陽能路燈系統(tǒng)的特點，路燈運行要兼顧蓄電池剩余容量的影響。當路燈正常開啟時，根據(jù)蓄電池剩余容量檢測法得到當前蓄電池容量，通過查詢后得到蓄電池將要維持的供電時間，平均使用蓄電池現(xiàn)有電量，同時根據(jù)當晚可使用的蓄電池電量對路燈照明方式靈活控制，合理使用蓄電池現(xiàn)有電量。

　?。?）蓄電池充放電控制功能

　　蓄電池充放電控制是整個系統(tǒng)的重要功能，它影響整個太陽能路燈系統(tǒng)的運行效率，還能防止蓄電池組的過充電和過放電。蓄電池的過充電或過放電對其性能和壽命有嚴重影響。充放電控制功能，按控制方式可分為開關(guān)控制（含單路和多路開關(guān)控制）型和脈寬調(diào)制（PWM）控制（含最大功率跟蹤控制）型。本系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制控制器方式，并選用MOS晶體管作為開關(guān)器件。當白天晴天的情況下，根據(jù)蓄電池的剩余容量，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(jù)蓄電池的剩余容量及未來的天氣情況，通過調(diào)整占空比方式進而調(diào)節(jié)LED燈亮度，以保證均衡合理使用蓄電池。

　　此外系統(tǒng)還具有對蓄電池過充的保護功能，即充電電壓高于保護電壓（15V）時，自動調(diào)低蓄電池的充電電壓；此后當電壓掉至維護電壓（13.2V）時，蓄電池進入浮充狀態(tài)，當?shù)陀?3.2V后浮充關(guān)閉，進入均充狀態(tài)。

　　當蓄電池電壓低于保護電壓（11V）時，控制器自動關(guān)閉負載開關(guān)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(fā)揮最大功效，又提高了系統(tǒng)的充電效率。本設(shè)計對蓄電池的反接、過充，過放具有相應保護措施。

　?。?）太陽能路燈運行方式控制功能

　　高亮度大電流LED燈，由于相同亮度的情況下，比白熾燈省電約90%，得到了廣泛的應用，現(xiàn)已有逐漸替代常規(guī)照明燈的趨勢。

　　太陽能路燈由多個LED燈串聯(lián)而成，亮度通過PWM方式可調(diào)，即通過EN端改變流經(jīng)LED的電流，從而調(diào)節(jié)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信號可由微控制器產(chǎn)生，也可由其它脈沖信號產(chǎn)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?yōu)檎Ａ炼?。PWM占空比越?。ǜ唠娖綍r間長），亮度越高。利用PWM控制LED的亮度，非常方便和靈活，是最常用的調(diào)光方法，PWM的頻率可從幾十Hz到幾千Hz。

　　PWM調(diào)光是通過控制MOSFET晶體管實現(xiàn)的。

　　由于本系統(tǒng)路燈單元采用的電壓是由幾個蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的，所以選用MOSFET晶體管時，首先要考慮MOSFET的耐壓，本系統(tǒng)要求MOSFET的耐壓要高于40V；其次，根據(jù)驅(qū)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(qū)動電流的5倍以上；另外還要選擇MOSFET的內(nèi)阻要?。籐ED驅(qū)動電流越大，RDS應越小，RDS越小，變換效率越高。

　　城市太陽能路燈是和人民生活密切相關(guān)的公共設(shè)施，它在一定程度上反映了城市的繁榮程度及發(fā)展水平。在過去很長一段時間內(nèi)，路燈的更新多是局限于其照明部分，隨著城市及電子技術(shù)的發(fā)展，城市路燈系統(tǒng)經(jīng)歷了手工控制、自動定時/光電控制、計算機程序控制的發(fā)展過程。用計算機來實現(xiàn)城市太陽能路燈系統(tǒng)的自動控制，對于提高城市的現(xiàn)代化管理水平，節(jié)省人力、物力，都具有良好的經(jīng)濟和社會效益。通過有效的調(diào)節(jié)燈光開關(guān)時間，能夠極大地提高了路燈系統(tǒng)的工作質(zhì)量和工作效率，為城市照明系統(tǒng)的運行、維護、擴展、提供全面的解決方案和強有力的技術(shù)支持，提高了城市照明運行管理水平。