聞云

摘要：隨著全球能源需求的不斷增長，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)、生活的各個方面。伴隨著“節(jié)能減排”的號召和中國政府的大力支持和倡導(dǎo)，光伏產(chǎn)品越來越受到人們的重視，許多產(chǎn)品如太陽能路燈等產(chǎn)品也在不斷涌現(xiàn)。本文對太陽能路燈照明系統(tǒng)的特點和選型進(jìn)行了研究，為太陽能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏太陽能;智能化控制;節(jié)能環(huán)保

引言

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

1 光伏太陽能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。LED燈頭使用壽命長，環(huán)境污染小，對減少資源浪費，保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。同時 LED燈采用直流光源，可以很好的配合太陽能光伏電源，因此太陽能光伏路燈在環(huán)保方面具有巨大的優(yōu)勢。其主要由蓄電池、LED燈頭、太陽能光伏組件、智能控制器等構(gòu)成。太陽能路燈的工作原理是白天利用太陽能電池組件的光電效應(yīng)將清潔能源太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并儲存到蓄電池中。夜晚，蓄電池中儲存的電能給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，運行太陽能路燈時，智能控制器可對路燈亮度進(jìn)行實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

2 做好電路控制設(shè)計

太陽能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，一定要合理控制線路，太陽能LED路燈系統(tǒng)也不例外。普通太陽能 LED路燈的控制電路主要由集成運放構(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、易于維護等特點，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)計太陽能 LED路燈控制電路時，需要檢查其電池的存儲容量，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。通過這種方法，可以最大限度地減少太陽能 LED路燈在長時間充放電過程中的不利影響。此外，太陽能 LED路燈系統(tǒng)可以根據(jù)電池和光源的特點及時調(diào)整輸出電流，然后進(jìn)行功率調(diào)整，以保證太陽能 LED路燈在陰天、雨季都能正常使用。然而，在太陽輻射較低的季節(jié)，這種照明系統(tǒng)的電池充電效果會明顯下降，導(dǎo)致電壓和能量消耗增加。

3 研究光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計思路

太陽能LED路燈系統(tǒng)由于增加了細(xì)節(jié)設(shè)計，使其優(yōu)于傳統(tǒng)的太陽能照明系統(tǒng)。一是對太陽能路燈系統(tǒng)各工作部件的功率和電池的存儲容量進(jìn)行了優(yōu)化。二是根據(jù)實際需要，系統(tǒng)選擇合理的電氣、照明，保證道路照明穩(wěn)定運行。同時優(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)整路燈的開關(guān)量和路燈功率，進(jìn)一步降低能耗。

3.2 光伏太陽能LED路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

太陽能路燈系統(tǒng)是利用太陽能電池所產(chǎn)生的光電效應(yīng)。白天采集到的太陽能轉(zhuǎn)化為夜間供電的 LED路燈，減少了電力的浪費，提高了清潔資源的利用率。LED路燈照明控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下幾個方面：一是太陽能電池的應(yīng)用設(shè)計。太陽能高效地轉(zhuǎn)換成電能并儲存在蓄電池中。本設(shè)計方案是太陽能路燈系統(tǒng)的核心。二是單片機控制系統(tǒng)。作為太陽能路燈控制中心，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。能高效存儲 DC電源。五是 LED的驅(qū)動電路設(shè)計。提出一種解決電池電壓問題的電路。LED路燈在放電時減小功率，有利于接收穩(wěn)定的驅(qū)動電流，從而保證路燈的亮度。

3.3 光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中的智能設(shè)計

智能控制系統(tǒng)設(shè)計。利用智能控制器，對太陽能路燈系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。該系統(tǒng)綜合了照明系統(tǒng)的特點，能夠適應(yīng)太陽能 DC電源系統(tǒng)。智能控制器的智能控制主要依靠單片機實現(xiàn)。在設(shè)計控制器時，其開關(guān)為一鍵切換，多種智能功能。具有自動斷電恢復(fù)，短路保護效果好。此外，控制系統(tǒng)能實時采集電池放電環(huán)境和放電電流，實現(xiàn)精確控制。

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

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

3.4 LED路燈燈頭設(shè)計

由于 LED路燈工作時產(chǎn)生熱量，散熱功能是燈頭設(shè)計的關(guān)鍵。對于太陽能光伏 LED路燈的照明系統(tǒng)，設(shè)計者從使用環(huán)境、節(jié)能效果等方面考慮其被動散熱。用這種方法設(shè)計的 LED路燈基座，不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、外觀輕巧等特點，而且與路燈的外部散熱器相匹配?？梢栽O(shè)計的稍微傾斜一點，利用雨水沖走路燈上堆積的灰塵。同時利用路燈上方的氣流散熱，大大滿足 IP防護的要求。

4 硬件電路設(shè)計

4.1 太陽能路燈太陽能板選擇

太陽能電池是一種利用光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。太陽能電池板主要包括單晶硅和多晶硅。單晶體硅太陽能有20%的光電轉(zhuǎn)換效率，是太陽能電池中最高的，其使用壽命長，但生產(chǎn)成本高。對于太陽能路燈，可以根據(jù)蓄電池的電壓等級，通過調(diào)整太陽能光伏組件內(nèi)部的串并聯(lián)方式來達(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件合理的選擇太陽能光伏組件的功率，如果功率較大時，可以將兩塊或者多塊的光伏組件通過串聯(lián)或者并聯(lián)起來使用，已滿足功率需求。

4.2 防雷接地

一般來說，太陽能 LED路燈的工作電壓一般為12 V或24 V，屬于安全電壓，不需對地進(jìn)行電氣保護。為了保證太陽能 LED路燈的安全運行，必須進(jìn)行防雷接地設(shè)計。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)天氣影響太陽能 LED路燈運行質(zhì)量。

結(jié)束語

簡而言之，與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，光伏太陽能 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)對系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計，不斷優(yōu)化太陽能光伏 LED路燈照明系統(tǒng)性能，降低能耗。

參考文獻(xiàn)

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