智能型LED太陽能路燈系統(tǒng)的設計
摘要:提出一種新型的智能化控制的LED 路燈系統(tǒng),將太陽能電池板的輸出電壓經過DC/DC 升壓電路,并引入了基于CVT 法的MPPT 控制策略。利用模擬開關4051 及PIC 實現(xiàn)了對路燈系統(tǒng)工作狀態(tài)的實時監(jiān)測與控制。并簡要介紹了Zigbee通訊組件在系統(tǒng)中的相關應用。
太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源,太陽能作為一種巨量可再生能源。隨著傳統(tǒng)能源的日益緊缺,太陽能的應用將會越來越廣泛,尤其太陽能發(fā)電領域在短短的數(shù)年時間內已發(fā)展成為成熟的朝陽產業(yè)。
目前,道路照明占整個照明用電量的25%~30%,因此道路照明節(jié)能具有很大的潛力和空間。目前道路照明使用最多的是高壓納燈,這種光源存在顯色性差、啟動時間長、耗電量高、發(fā)熱量大等缺點,需要發(fā)展新的更節(jié)能的道路照明光源。
大功率高光效LED 是近年來國內外快速發(fā)展起來的新光源,它具有光效高(≥90 lmPW(1W LED))、壽命長(30000~50000h)、耐震動不易損壞、瞬時啟動、無污染等優(yōu)點。白光LED 是普通照明和道路照明的理想光源。太陽能路燈具有很多優(yōu)點:安全可靠、維護方便;不需要常規(guī)能源、不污染環(huán)境;可以根據需要隨處安裝、不用連接公共電網。因此,發(fā)展LED 路燈具有重要的節(jié)能意義。本文在原有太陽能路燈系統(tǒng)的基礎上提出并研發(fā)了一種新型的智能型LED 太陽能路燈系統(tǒng)。
1 太陽能路燈系統(tǒng)的組成
路燈系統(tǒng)由以下幾個部分組成:太陽能電池板、升壓電路模塊、控制器模塊、Zigbee 通訊組件、蓄電池組、LED 光源。
如圖1 所示。
圖1 路燈的效果圖及組成框圖
系統(tǒng)的基本工作原理:在太陽能控制器的控制下,白天太陽能電池板經過兩路升壓電路(12V 到42V)向蓄電池組充電, 晚上蓄電池組提供電力給LED 燈負載。在控制模塊中,實現(xiàn)了對升壓電路、蓄電池電壓、溫度、LED 燈組溫度、電池板電壓的實時控制,并通過模擬開關采集數(shù)據反饋到PIC實現(xiàn)對路燈系統(tǒng)的智能化控制。而Zigbee 模塊為路燈系統(tǒng)的組網提供了可靠的技術保障。
1.1 太陽能電池板
太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分,也是太陽能燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉換為電能,或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等3 種。在太陽光充足日照好的地區(qū),采用多晶硅太陽能電池為好,因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單,價格比單晶硅太陽能電池低。在陰雨天較多、陽光相對不是很充足的地區(qū),采用單晶硅太陽能電池為好,因為單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好,因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。另外第2 代太陽電池的研制,即將取得突破性進展,其核心部件是一種可粘接的薄膜,即薄膜太陽能電池材料。
1.2 Boost 電路模塊及其蓄電池組
在本系統(tǒng)中,太陽能電池板采集的太陽能通過兩路DCDC升壓電路給蓄電池充電。Boost 電路采用LM5022 搭建,利用了芯片本身自帶的低壓自鎖功能巧妙的實現(xiàn)了對電路充電的控制。參照太陽能電池的輸出電壓隨光照的關系可知,在傍晚(夏天18︰00 左右,冬天17︰00 左右),太陽能電池的輸出電壓會低于芯片的自鎖電壓(1.25V 左右),通過系統(tǒng)中的控制模塊使系統(tǒng)停止向蓄電池充電,并而進入照明狀態(tài)。
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