發(fā)布時間:2018/9/3 9:09:20 來源:本站
根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境保護(hù)的需求,在可以預(yù)計的將來,光伏發(fā)電必將部分取代常規(guī)能源。由于光伏技術(shù)逐漸成熟,成本不斷下降,加之太陽能無處不在,取之不盡,所以各種各樣的利用太陽能開發(fā)的太陽能電子產(chǎn)品發(fā)展非常迅速。
本文結(jié)合了太陽能光伏發(fā)電技術(shù),將該技術(shù)充分應(yīng)用在了LED路燈系統(tǒng)中。首先介紹了新型的LED路燈系統(tǒng)的原理,然后詳細(xì)給出了路燈系統(tǒng)的電路設(shè)計和路面照明布置設(shè)計。實驗結(jié)果證明,該設(shè)計具有一定的實際應(yīng)用價值。
1.1 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)由太陽能電池組件部分、LED燈具、開關(guān)燈自動控制電路和燈桿幾部分構(gòu)成。太陽能電池使用的是光生伏特原理,也就是說在有太陽的時候,太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能,同時存放在蓄電池中;在沒有太陽的時候,蓄電池開始放電。這個看似簡單的過程中蘊(yùn)含著光控、溫度補(bǔ)償和保護(hù)功能等。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。
1.2 太陽能電池板
太陽能電池板功率要綜合考慮當(dāng)?shù)氐奶柶骄椛鋸?qiáng)度、燈具功率和燈具每天的工作時間等因素,故太陽能電池板的估算功率如下:
其中,P0表示為LED燈的功率(W);η1表示為蓄電池充電效率,取η1=0.7;η2表示為LED驅(qū)動電路的效率,取 η2=0.9;hd表示為燈具每天點(diǎn)燃時間(h);h(PV)表示為平均每日的峰值日照時數(shù)(h);k1表示為陰雨期富余系數(shù),為1.0~1.3;k2是太陽電池方陣表面灰塵的遮擋損失系數(shù)k2=1.05。
圖1 電源電路
Fig.1 Power circuit
圖2 LED驅(qū)動電路
Fig.2 LED Driving circuit
2.1 電源電路設(shè)計
正如圖1顯示:光伏電池、超級電容器和濾波及穩(wěn)壓電容器分別是BT1、C1和C2。 分壓電阻為R1,R5,限流電阻為R2,R3,R4,Q1控制Q2,Q2控制單片機(jī)。當(dāng)有外界良好的太陽光存在時,光伏電池產(chǎn)生電,并且將這個電能存儲在C1,此時A點(diǎn)位高電壓,B點(diǎn)位低電壓,此單片機(jī)關(guān),故路燈處于非工作狀態(tài)。當(dāng)外界良好的太陽光消失,此時光伏電池上電量降低,A點(diǎn)為低電位,B點(diǎn)位高電位,此單片機(jī)開,路燈處于工作狀態(tài)。
2.2 LED驅(qū)動電路
白光LED的基本特性是通過白光LED的電流量與發(fā)光量成線性正比關(guān)系。因此,嚴(yán)格控制白光LED正向電流對于獲得所需的發(fā)光量而言極為重要。白光LED與普通整流二極管相比,白光LED在電氣性能上與其唯一的區(qū)別是其正向電壓變化范圍在3~4 V。因此,驅(qū)動白光LED的最佳方法是使其工作在電流模式下。
本文采用如圖2所示的為恒流LED驅(qū)動電路,Q7基極接單片機(jī)PX(X=1,2,3)口,D1為齊納二極管,作為恒壓源加在Q3的基極上,集電極電流Ic也隨著穩(wěn)定,根據(jù)Ic=(VZD-VBE)/R10, 即使電壓源VDD變化Ic也不會變化,可以保證電流和亮度穩(wěn)定。
2.3 單片機(jī)的算法實現(xiàn)
為了合理的利用能源,本文根據(jù)每個時段路燈應(yīng)該調(diào)至的亮度進(jìn)行了分析,將其分成3個等級,下面分別一一敘述:
A級,也就是路燈的亮度最亮,這個時段應(yīng)該在晚上的8點(diǎn)至凌晨。這個時候自然光線最弱,但是人們的外出活動比較頻繁。
B級,相對于的中間一級的亮度。這個時間段隸屬于零點(diǎn)到第二天的早上3點(diǎn)。這個時候,人們活動相對較少。
C級,是亮度最低的一個等級,這個時間段是指的是下午的6點(diǎn)至晚上的8點(diǎn)和第二天早上的3點(diǎn)到5點(diǎn)。這個時候,因為自然光的亮度相對于A級來說較強(qiáng),人們活動也少。
使用單片機(jī)來控制太陽能路燈的亮度,由于其簡單的封裝性,便于攜帶的簡便性,效率高的實用性被廣泛地使用,在很大程度上降低了人員維護(hù)的繁瑣性。因此,在本文中用了AT89C51單片機(jī)來控制亮度的調(diào)節(jié)。
LED路燈系統(tǒng)中,對蓄電池的管理是至關(guān)重要的。本文提出了蓄電池管理新的方法。首先要求蓄電池達(dá)到設(shè)置的過充電電壓時,能自動轉(zhuǎn)換成涓流(小電流)充電,蓄電池停止放電后,其電壓也能保持在2.2 V左右,在沒有重新充電之前不能自動恢復(fù)放電。
隨著環(huán)境溫度而變化的特性是安裝溫度補(bǔ)償蓄電池的原因,故太陽能燈系統(tǒng)還有個基準(zhǔn)電壓,收到太陽能的控制,并且分成兩種情況,一種是溫度在T1=15℃和T2=35℃之間時,無需溫度補(bǔ)償,另一種是溫度不在這個區(qū)間時,需要確定浮充電壓
UF=UF0+(T-T0)C(2)
式中,UF0和T0分別為基準(zhǔn)點(diǎn)的電壓和溫度值;C為電壓溫度系數(shù)。
隨著人們物質(zhì)生活地日益提高,對于科學(xué)技術(shù)的要求也越來越高,本文提出的設(shè)計方法基本上考慮到了各個環(huán)節(jié),又新穎地引進(jìn)了脈沖快速充電的技術(shù),大大地提高了太陽的利用率,延長了路燈的使用時間。
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