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          基于太陽能照明原理、組成和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2018-08-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/387864.htm

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

          (2)蓄電池充放電功能

          蓄電池充放電是整個(gè)系統(tǒng)的重要功能,它影響整個(gè)路燈系統(tǒng)的運(yùn)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(yán)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(dāng)白天晴天的情況下,根據(jù)蓄電池的剩余容量,選擇相應(yīng)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(jìn)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(hù)功能,即充電電壓高于保護(hù)電壓(15V)時(shí),自動調(diào)低蓄電池的充電電壓;此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓(13.2V)時(shí),蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài),當(dāng)?shù)陀?3.2V后浮充關(guān)閉,進(jìn)入均充狀態(tài)。

          當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓(11V)時(shí),控制器自動關(guān)閉負(fù)載開關(guān)以保護(hù)蓄電池不受損壞。通過PWM方式充電,既可使電池板發(fā)揮最大功效,又提高了系統(tǒng)的充電效率。本設(shè)計(jì)對蓄電池的反接、過充,過放具有相應(yīng)保護(hù)措施。

          (3)太陽能路燈運(yùn)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(yīng)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(gè)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(qiáng)度可以從幾毫安到1安培,最終使LED燈達(dá)到預(yù)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占空比越小(高電平時(shí)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(shí)現(xiàn)的。

          由于本系統(tǒng)路燈單元采用的電壓是由幾個(gè)蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的,所以選用MOSFET晶體管時(shí),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(yīng)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)阻要小;LED驅(qū)動電流越大,RDS應(yīng)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(shí)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(shí)/光電控制、計(jì)算機(jī)程序控制的發(fā)展過程。用計(jì)算機(jī)來實(shí)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(jì)和社會效益。通過有效的調(diào)節(jié)燈光開關(guān)時(shí)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(yùn)行、維護(hù)、擴(kuò)展、提供全面的解決方案和強(qiáng)有力的技術(shù)支持,提高了城市照明運(yùn)行管理水平。

          (1)微機(jī)主控線路。

          微機(jī)主控線路是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,控制整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的正常運(yùn)行。微機(jī)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(shù)的檢測判斷,控制相應(yīng)線路的開通或關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)各種控制和保護(hù)功能。

          (2)充電驅(qū)動線路

          充電驅(qū)動線路由MOSFET驅(qū)動模塊及MOSFET組成。MOSFET驅(qū)動模塊采用高速光耦隔離,發(fā)射極輸出,有短路保護(hù)和快速關(guān)斷功能。選用的MOSFET為隔離式、節(jié)能型單片機(jī)開關(guān)電源專用IC,驅(qū)動LED的全電壓輸入范圍為150~200V,輸出電流為8~9A。輸入電壓范圍寬,具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率,抗干擾能力強(qiáng),低功耗。

          本系統(tǒng)通過充電驅(qū)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(yīng)的保護(hù)措施。

          (3)LED驅(qū)動線路

          由IGBT驅(qū)動模塊及MOSFET組成,實(shí)現(xiàn)對路燈亮度的調(diào)節(jié)及路燈的開關(guān)。

          (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,面積為10cm×10cm)以串、并方式連接成組件,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件包括36片單體,使一個(gè)太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓,成為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池池組。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要更高的電壓和電流組件時(shí),可把多個(gè)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

          由于從光伏陣列得到的能量不總是與電子負(fù)載的需求相符,當(dāng)光伏陣列本身不能提供足夠的功率時(shí),蓄電池仍能使負(fù)載工作。如果電子負(fù)載需要在夜間或在多云或陰天時(shí)工作,就需要能量的存儲。蓄電池存儲能量的大小設(shè)計(jì)為自主運(yùn)行期間滿足平均每日電子負(fù)載的需求。一般來說,應(yīng)能儲備5~7天的夜間照明用電量。在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中,由光伏陣列產(chǎn)生的電能不總是在電能產(chǎn)生的同時(shí)加以使用,所以在多數(shù)獨(dú)立光伏系統(tǒng)中需要蓄電池。

          (6)裝置

          由無線數(shù)傳模塊組成。無線數(shù)傳模塊支持GPRS,帶有RS-232接口,距離達(dá)100米,抗干擾性強(qiáng),不受廣播電視,移動干擾,實(shí)現(xiàn)相鄰路燈終端之間的通信。


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          關(guān)鍵詞: 通信 太陽能 控制

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