自適應單純太陽能路燈控制器的設計

大陽能路燈以其無需鋪設電纜，不消耗常規(guī)能源等優(yōu)點得到了廣泛認可。然而太陽能路燈還存在一些問題造成其成本偏高，可靠性不穩(wěn)定，、比如電池往往不到一年就需要更換，不僅提高了后期維護的費用，而且增加了客戶的消費成本，也造成了資源浪費。其次是太陽能屬于不穩(wěn)定能源，而且能量分布不均，夏天能量充足，但路燈使用時間短，冬天有效光照時間短，但路燈使用時間長，大大降低了運行的可靠性，其原因主要受到太陽能路燈控制器性能的影響。太陽能控制器是太陽能光伏系統(tǒng)中的核心部分，主要完成對蓄電池的充、放電、調光和路燈的開、美控制，以及在過充、過放電、過載等情況發(fā)生時對系統(tǒng)進行及時和有效地保護，保證照明時間，確?？煽啃裕行а娱L電池壽命，降低成本。

1 太陽能路燈控制器的主要設計要求和發(fā)展階段

太陽能路燈控制器的技術和質量的主要要求有：

1）供電系統(tǒng)，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）具有系統(tǒng)功率調節(jié)功能；

4）建立網絡控制系統(tǒng)；

5）根據市場要求，產品模塊化。

太陽能路燈控制器的發(fā)展到日前為止已經經歷了3個階段：第一代功能比較簡陋，開關燈控制需要外接光敏感應器，定時時間不可設置，沒有電池保護電路，系統(tǒng)壽命非常短暫，很快就被市場淘汰：第二代在第一代的基礎上，設置了電池保護電路，通過太陽能路燈蓄電池組件搜集光敏數據，通過開關或程序設置定時，技術上有了階躍式的發(fā)展，逐漸被市場接受：第三代路燈控制器在于多數商家采用了PWM充電控制功能，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。

一個好的控制器可以彌補甚至解決純太陽能路燈的諸多問題，提高其呵靠性。白適應太陽能供電路燈需要開發(fā)第四代控制器，它的特點是具有白適應燈的功率調節(jié)功能，電量檢測和剩余電量計算是必備的：同時具有組網功能，這樣可以保持整條街的路燈亮度一致，并可以進行通訊。

2 自適應單純太陽能供電路燈控制器的設計

日前各種現代控制理論，如白適應控制、自學習控制、模糊邏輯控制、神經網絡控制等先進控制理論和算法也大量應用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中。其中自適應控制太陽能供電路燈控制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(qū)道路和人行道路燈，對于南風能供電或風光互補的路燈系統(tǒng)本設計同樣適合：由于太陽能的不可靠性以及主干道的照明設計標準的嚴格性，單純太陽能供電比市電供電的路燈控制器的設計更為復雜，如系統(tǒng)控制需要太陽能和市電切換，則在本設計的基礎上進行精簡就好了。目標地點位于北京市內。

2.2 自適應單純太陽能供電路燈控制器設計特點及功能

白適應單純太陽能供電路燈控制器設計方案的宗旨：通過精確控制，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

根據太陽能路燈蓄電池板的特性，如將太陽能路燈蓄電池陣列的輸出電壓控制在某個恒定電壓值附近，則太陽電池在整個工作過程中近似日標在最大功率點處，太陽能電池組件的能量轉換效率最高。利用PWM技術并通過對負載穩(wěn)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(tǒng)方法效率提高50%,實際測試中，由于周圍環(huán)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于欠充狀態(tài)。同時通過對電池電壓的數據實時采集，利用軟件控制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。

圖1 蓄電池過充保護流程圖