光伏太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

聞云

摘要：隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)，光伏發(fā)電作為一種前景良好的綠色能源技術(shù)，正逐漸滲透到人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。伴隨著“節(jié)能減排”的號(hào)召和中國(guó)政府的大力支持和倡導(dǎo)，光伏產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的重視，許多產(chǎn)品如太陽(yáng)能路燈等產(chǎn)品也在不斷涌現(xiàn)。本文對(duì)太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)的特點(diǎn)和選型進(jìn)行了研究，為太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏太陽(yáng)能;智能化控制;節(jié)能環(huán)保

引言

隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和 LED照明技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能 LED路燈在道路照明中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境和氣象數(shù)據(jù)，選擇有效、科學(xué)、合理的輔助設(shè)備，確保太陽(yáng)能 LED路燈安全可靠地運(yùn)行。太陽(yáng)能 LED路燈系統(tǒng)，包括 LED光源的功率、蓄電池的容量，太陽(yáng)能光伏組件功率的計(jì)算，智能控制器選擇等。

1 光伏太陽(yáng)能LED路燈照明的工作原理

LED光源是一種新型的照明光源，具有高光效率、高功率等優(yōu)點(diǎn)。LED燈頭使用壽命長(zhǎng)，環(huán)境污染小，對(duì)減少資源浪費(fèi)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。同時(shí) LED燈采用直流光源，可以很好的配合太陽(yáng)能光伏電源，因此太陽(yáng)能光伏路燈在環(huán)保方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。其主要由蓄電池、LED燈頭、太陽(yáng)能光伏組件、智能控制器等構(gòu)成。太陽(yáng)能路燈的工作原理是白天利用太陽(yáng)能電池組件的光電效應(yīng)將清潔能源太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存到蓄電池中。夜晚，蓄電池中儲(chǔ)存的電能給LED光源供電，將電能轉(zhuǎn)化為光能，以達(dá)到照明的效果。此外，運(yùn)行太陽(yáng)能路燈時(shí)，智能控制器可對(duì)路燈亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

2 做好電路控制設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)通常采用低電壓。按電源電壓標(biāo)準(zhǔn)，同類(lèi)型的市電公用設(shè)備電壓在交流220 V，自耗電流小于工作電流的1%。所以安裝公共照明設(shè)施時(shí)，一定要合理控制線路，太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)也不例外。普通太陽(yáng)能 LED路燈的控制電路主要由集成運(yùn)放構(gòu)成。該控制系統(tǒng)中的電氣設(shè)備大多采用硬件構(gòu)成，成本低、可控性強(qiáng)、易于維護(hù)等特點(diǎn)，因此受到眾多廠家的青睞。因此，要有效地提高路燈的功率，就必須調(diào)整電路控制系統(tǒng)。

例如，在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能 LED路燈控制電路時(shí)，需要檢查其電池的存儲(chǔ)容量，以保證其充放電性能和良好的電壓回差。在結(jié)構(gòu)上，顯示電路采用 LED等優(yōu)質(zhì)元件。通過(guò)這種方法，可以最大限度地減少太陽(yáng)能 LED路燈在長(zhǎng)時(shí)間充放電過(guò)程中的不利影響。此外，太陽(yáng)能 LED路燈系統(tǒng)可以根據(jù)電池和光源的特點(diǎn)及時(shí)調(diào)整輸出電流，然后進(jìn)行功率調(diào)整，以保證太陽(yáng)能 LED路燈在陰天、雨季都能正常使用。然而，在太陽(yáng)輻射較低的季節(jié)，這種照明系統(tǒng)的電池充電效果會(huì)明顯下降，導(dǎo)致電壓和能量消耗增加。

3 研究光伏太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 光伏太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)由于增加了細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，使其優(yōu)于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)。一是對(duì)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)各工作部件的功率和電池的存儲(chǔ)容量進(jìn)行了優(yōu)化。二是根據(jù)實(shí)際需要，系統(tǒng)選擇合理的電氣、照明，保證道路照明穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)優(yōu)化了照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。掌握路燈照明狀況，優(yōu)化調(diào)整路燈的開(kāi)關(guān)量和路燈功率，進(jìn)一步降低能耗。

3.2 光伏太陽(yáng)能LED路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的光電效應(yīng)。白天采集到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為夜間供電的 LED路燈，減少了電力的浪費(fèi)，提高了清潔資源的利用率。LED路燈照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：一是太陽(yáng)能電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能高效地轉(zhuǎn)換成電能并儲(chǔ)存在蓄電池中。本設(shè)計(jì)方案是太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的核心。二是單片機(jī)控制系統(tǒng)。作為太陽(yáng)能路燈控制中心，該系統(tǒng)主要為蓄電池提供穩(wěn)定的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)高效充電。此外，該控制系統(tǒng)既能有效降低電池的損耗，又避免延長(zhǎng)電池壽命，提高充電穩(wěn)定性。三是在 PWM智能充電技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用智能模板技術(shù)將電壓轉(zhuǎn)換為 DC電壓，提高 PWM智能充電的穩(wěn)定性。四是采用電池設(shè)計(jì)。能高效存儲(chǔ) DC電源。五是 LED的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。提出一種解決電池電壓?jiǎn)栴}的電路。LED路燈在放電時(shí)減小功率，有利于接收穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，從而保證路燈的亮度。

3.3 光伏太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)中的智能設(shè)計(jì)

智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用智能控制器，對(duì)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。該系統(tǒng)綜合了照明系統(tǒng)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)太陽(yáng)能 DC電源系統(tǒng)。智能控制器的智能控制主要依靠單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，其開(kāi)關(guān)為一鍵切換，多種智能功能。具有自動(dòng)斷電恢復(fù)，短路保護(hù)效果好。此外，控制系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集電池放電環(huán)境和放電電流，實(shí)現(xiàn)精確控制。

智能充電設(shè)計(jì)采用脈寬調(diào)制。針對(duì)電池、面板的特點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)了多種充電方式，包括三層充放電和恒電流充電，但仍存在一些問(wèn)題。太陽(yáng)能 LED路燈采用低頻 PWM智能充電，可以避免電池中的氣體沉淀，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

LED路燈驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。由于 LED路燈照明采用半導(dǎo)體照明，要求電源類(lèi)型為DC電源。采用單片機(jī)集成芯片對(duì) 智能控制器的輸出電流進(jìn)行控制，可有效保證太陽(yáng)能 LED路燈照明系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定性。

3.4 LED路燈燈頭設(shè)計(jì)

由于 LED路燈工作時(shí)產(chǎn)生熱量，散熱功能是燈頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對(duì)于太陽(yáng)能光伏 LED路燈的照明系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者從使用環(huán)境、節(jié)能效果等方面考慮其被動(dòng)散熱。用這種方法設(shè)計(jì)的 LED路燈基座，不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、外觀輕巧等特點(diǎn)，而且與路燈的外部散熱器相匹配。可以設(shè)計(jì)的稍微傾斜一點(diǎn)，利用雨水沖走路燈上堆積的灰塵。同時(shí)利用路燈上方的氣流散熱，大大滿(mǎn)足 IP防護(hù)的要求。

4 硬件電路設(shè)計(jì)

4.1 太陽(yáng)能路燈太陽(yáng)能板選擇

太陽(yáng)能電池是一種利用光電效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。太陽(yáng)能電池板主要包括單晶硅和多晶硅。單晶體硅太陽(yáng)能有20%的光電轉(zhuǎn)換效率，是太陽(yáng)能電池中最高的，其使用壽命長(zhǎng)，但生產(chǎn)成本高。對(duì)于太陽(yáng)能路燈，可以根據(jù)蓄電池的電壓等級(jí)，通過(guò)調(diào)整太陽(yáng)能光伏組件內(nèi)部的串并聯(lián)方式來(lái)達(dá)到不同的電壓需求。根據(jù)LED路燈的照明功率、當(dāng)?shù)氐墓庹諚l件合理的選擇太陽(yáng)能光伏組件的功率，如果功率較大時(shí)，可以將兩塊或者多塊的光伏組件通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)起來(lái)使用，已滿(mǎn)足功率需求。

4.2 防雷接地

一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能 LED路燈的工作電壓一般為12 V或24 V，屬于安全電壓，不需對(duì)地進(jìn)行電氣保護(hù)。為了保證太陽(yáng)能 LED路燈的安全運(yùn)行，必須進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)。防雷方面，金屬燈柱可作接閃器和引下線，路燈基礎(chǔ)的鋼筋可用作接地體，接地電阻不超過(guò)10。如果接地電阻不符合要求，則應(yīng)加人工接地極。特別天氣條件下，如大風(fēng)等惡劣天氣，應(yīng)采取防風(fēng)措施，避免突發(fā)天氣影響太陽(yáng)能 LED路燈運(yùn)行質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，光伏太陽(yáng)能 LED路燈照明系統(tǒng)不僅能耗低，而且性能上有很大的進(jìn)步。因此，相關(guān)人員應(yīng)繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化太陽(yáng)能光伏 LED路燈照明系統(tǒng)性能，降低能耗。

參考文獻(xiàn)

[1]陸尤欣. 光伏太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J]. 科學(xué)與信息化，2020（21）：129.