工程師技術(shù)分享：光電互補(bǔ)LED路燈控制器設(shè)計(jì)

本文介紹了一種光電互補(bǔ)LED路燈控制器， 該控制器控制太陽能電池板對(duì)蓄電池組充放電，實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池容量，并用光電互補(bǔ)方式對(duì)負(fù)載供電。同時(shí)闡述了太陽能LED路燈采用光電互補(bǔ)技術(shù)，既能提高可靠性，又能降低成本，是目前解決太陽能LED路燈照明的最佳選擇，并根據(jù)LED路燈負(fù)載計(jì)算了蓄電池容量和太陽能電池板容量的匹配關(guān)系。

引言

光電互補(bǔ)LED路燈照明系統(tǒng)就是以太陽能電池發(fā)電為主，以普通220V交流電補(bǔ)充電能為輔的路燈照明系統(tǒng)，采用此系統(tǒng)，光伏電池組和蓄電池容量可以設(shè)計(jì)得小一些，基本上是當(dāng)天白天有陽光，當(dāng)天就用太陽能發(fā)電同時(shí)給蓄電池充電，到天黑時(shí)蓄電池放電把負(fù)載LED 點(diǎn)亮。在我國大部分地區(qū)，全年基本上都有三分之二以上的晴朗天氣，這樣該系統(tǒng)全年就有三分之二以上的時(shí)間用太陽能照亮路燈，剩余時(shí)間用市電補(bǔ)充能量，既減小了太陽能光伏照明系統(tǒng)的一次性投資，又有著顯著的節(jié)能減排效果，是太陽能LED路燈照明在現(xiàn)階段推廣和普及的有效方法。

光電互補(bǔ)LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 LED照明負(fù)載

假設(shè)光電互補(bǔ)LED路燈燈桿高度為10m，光照光通量大約25 lm，選用1W、3.3V、350mA 的LED燈組成兩路路燈，每一路14串2并共28W，兩路為56W。設(shè)路燈每天平均照明10小時(shí)，LED 路燈前5小時(shí)全亮，后5小時(shí)亮度減半，即電池消耗減少一半。

所需實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流為：350mA×2×2=1.4A

每天以10 小時(shí)計(jì)算，負(fù)載所需安時(shí)數(shù)為：1.4A×5h+1.4A×0.5×5h=10.5Ah

電壓為：3.3V×14=46.2V

2 蓄電池組容量設(shè)計(jì)

2.1 蓄電池的選用

太陽能路燈用蓄電池由于頻繁處于充電、放電循環(huán)中，而且會(huì)經(jīng)常發(fā)生過充或深度放電等情況，因此蓄電池工作性能和循環(huán)壽命成為最受關(guān)注的問題。閥控式密閉型鉛酸電池具有不需要維護(hù)、不向空氣中排出氫氣和酸霧、安全性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。蓄電池過充電、過放電以及蓄電池環(huán)境溫度等都是影響蓄電池壽命的重要因素，所以在控制器中要重點(diǎn)采取保護(hù)措施。

2.2 蓄電池組容量的計(jì)算

在光電互補(bǔ)路燈系統(tǒng)中，是靠太陽能和市電互補(bǔ)對(duì)LED路燈進(jìn)行供電的。由于太陽光隨天氣變化差別很大，白天太陽光強(qiáng)時(shí)，太陽能電池板給蓄電池充電；晚上蓄電池給負(fù)載供電。陰天時(shí)，負(fù)載用電從蓄電池取得，當(dāng)蓄電池放電電壓降到最低允許限度時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為市電補(bǔ)給。蓄電池的容量對(duì)保證可靠性供電很重要，電池容量過大導(dǎo)致成本價(jià)格升高，容量過小，又不能充分利用太陽能達(dá)到節(jié)能的目的。

蓄電池容量Bc 計(jì)算公式：Bc = A×QL×NL×T0/CC Ah (1)

式(1)中A 為安全系數(shù)，取1.1～1.4 之間，本式為A=1.2；QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)，QL=10.5Ah；NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)，由于采用光電互補(bǔ)，故可以取NL=1 天；T0 為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上為1.1，- 10℃以下取1.2，本式取T0=1.1；CC 為蓄電池放電深度，一般鉛酸電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.8，本式中CC =0.75。

因此，Bc = A×QL×NL×T0/CC=1.2 ×10.5 ×1×1.1/0.75=18.5Ah，實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們選用48V、40Ah 免維護(hù)閥控密封鉛酸蓄電池。

2.3 太陽能電池方陣設(shè)計(jì)

太陽能電池組件以一定數(shù)目串聯(lián)起來，可獲得所需要的工作電壓。但是太陽能電池的串聯(lián)必須適當(dāng)，串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，太陽能電池組方陣就不能對(duì)蓄電池充電;若串聯(lián)數(shù)太多，使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會(huì)有明顯增加。因此，只有當(dāng)太陽能電池組件串聯(lián)電壓等于合適充電電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳狀態(tài)。

太陽能電池組的輸出電壓一般取蓄電池電壓的1.2～1.5倍，當(dāng)取1.35倍時(shí)，蓄電池電壓為48V×1.35=64.8V，此處取65V。

若當(dāng)天無太陽光時(shí)，蓄電池晚上給負(fù)載放電容量為：Bcb = A×QL×NL = 1.2×10.5×1 = 12.6Ah

如果按5小時(shí)太陽光給蓄電池充電，電流為：I = 12.6Ah/5h = 2.52A

所以太陽能電池方陣功率為：P = UI = 65V×2.52A = 163.8W

實(shí)際可采用4 塊36V 48W太陽能電池板，共192W，分兩組，每組2 塊串聯(lián)，電壓為72V。