發(fā)布時間:2018/9/14 9:11:20 來源:本站
大陽能路燈以其無需鋪設電纜,不消耗常規(guī)能源等優(yōu)點得到了廣泛認可。然而太陽能路燈還存在一些問題造成其成本偏高,可靠性不穩(wěn)定、比如電池往往不到一年就需要更換,不僅提高了后期維護的費用,而且增加了客戶的消費成本,也造成了資源浪費。其次是太陽能屬于不穩(wěn)定能源,而且能量分布不均,夏天能量充足,但路燈使用時間短,冬天有效光照時間短,但路燈使用時間長,大大降低了運行的可靠性,其原因主要受到太陽能路燈控制器路燈控制器性能的影響。太陽能控制器是太陽能光伏系統(tǒng)中的核心部分,主要完成對蓄電池的充、放電、調(diào)光和路燈的開、美控制,以及在過充、過放電、過載等情況發(fā)生時對系統(tǒng)進行及時和有效地保護,保證照明時間,確保可靠性,有效延長電池壽命,降低成本。
1 自適應自適應單純太陽能供電路燈控制器的設計
日前各種現(xiàn)代控制理論,如白適應控制、自學習控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等先進控制理論和算法也大量應用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中。其中自適應控制太陽能供電路燈控制器設計是值得推進的技術。
1.1 設計目標
白適應單純太陽能供電路燈的設計目標:主要針對支路和供行人和非機動車通行的居住區(qū)道路和人行道路燈,對于南風能供電或風光互補的路燈系統(tǒng)本設計同樣適合:由于太陽能的不可靠性以及主干道的照明設計標準的嚴格性,單純太陽能供電比市電供電的路燈控制器的設計更為復雜,如系統(tǒng)控制需要太陽能和市電切換,則在本設計的基礎上進行精簡就好了。目標地點位于北京市內(nèi)。
1.2 自適應單純太陽能供電路燈控制器設計特點及功能
白適應單純太陽能供電路燈控制器設計方案的宗旨:通過精確控制,達到降低成本,提高可靠性的日的。主要具有以下幾個特點及功能(以太陽能路燈儲能器件為鉛酸電池為例):
(1)MPPT電路。根據(jù)太陽能路燈蓄電池板的特性,如將太陽能路燈蓄電池陣列的輸出電壓控制在某個恒定電壓值附近,則太陽電池在整個工作過程中近似日標在最大功率點處,太陽能電池組件的能量轉(zhuǎn)換效率最高。利用PWM技術并通過對負載穩(wěn)壓來實現(xiàn)對的恒流,從而保證了LED的可靠使用141.采用意法半導體公司的MPPT專用芯片SPV1020.跟蹤效率可達98%,能量轉(zhuǎn)換效率為95%.理論上,使用MPPT技術會比傳統(tǒng)方法效率提高50%,實際測試中,由于周圍環(huán)境影響與各神能量損失,最終的效率也可以提高20%~30%.
采用充電限壓,電池溫升檢測策略,如蓄電池電36V,充電截止電壓42.5~43V,充電截止溫度80℃,充電截止溫升30℃。不過絕大部分時間蓄電池基本處于欠充狀態(tài)。同時通過對電池電壓的數(shù)據(jù)實時采集,利用軟件控制對電池采取限壓保護:通過實時計算電池電量進行防過充過放保護,電量為100%時停止充電,電量為20%時停止放電,為延長其壽命,做了第二道防線。
(2)自適應單純太陽能路燈控制器的設計。
(3)智控開關,實時監(jiān)測,預警功能。進行太陽能路燈電池板電流檢測,蓄電池電壓檢測,蓄電池電量監(jiān)測,以及環(huán)境溫度的檢測,采用光開時關,并實時上傳工作環(huán)境及狀態(tài)數(shù)據(jù),預警故障,保證系統(tǒng)的可靠性。
(4)亮度的自適應調(diào)節(jié)。通常太陽能路燈廠家為了保證連續(xù)陰雨天的正常工作,只一味地加大蓄電池容量,一般蓄電池的容量可達電池板容量的5倍,其實這樣做并不能解決問題。因為陰雨天工作的可靠性并不取決于電池的容量,而是由很多因素平衡而定的。根據(jù)當前地理位置,季節(jié),時間,氣象條件,光的輻射量,浮塵濃度,工作環(huán)境以及剩余電量,自適應調(diào)節(jié)燈的亮度,合理分配能量。由于設計為純太陽能供電,不考慮雙電源情況,所以要想提高系統(tǒng)可靠性,唯一的方案就是犧牲燈的亮度。
根據(jù)當天用電前的剩余電量和當天的充電量來進行白適應調(diào)節(jié),在保證正常照明的同時,使電池的工作點長期保持在高電位,并且使充放電深度在30%以下,根據(jù)電池循環(huán)壽命曲線,可以延長電池壽命4~5倍,有效降低太陽能路燈的成本,提高可靠性。以下將分別闡述剩余電量和充電量的計算過程。
2 結(jié)論
自適應單純太陽能供電路燈控制器的設計,實現(xiàn)了以MPPT電路為控制核心的智能太陽能路燈控制器,具有外圍電路簡單,可靠性高的特點,實現(xiàn)了太陽能電池的最大功率點跟蹤,采用了合理的蓄電池充放電策略,實現(xiàn)算法簡單,既提高了太陽能電池板的使用效率,又延長了蓄電池的使用壽命,對于個別過分欠充、過充燈根據(jù)問題加大、減小電池板面積,更換電池或燈珠,根據(jù)每盞路燈的實際情況靈活調(diào)整其配置,可使每盞燈都工作在最佳狀態(tài),不但保證了正常照明,而且避免了資源浪費,也降低了產(chǎn)品造價,具有一定的參考和推廣應用價值。
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