余狄希，陳基洋，蘇鑫淼，祝炳宏，雷瑤，張湛釗，李俊斌

（北京師范大學(xué)珠海分校工程技術(shù)學(xué)院，廣東珠海，519000）

0 引言

根據(jù)我國(guó)電力主管部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)電能損耗量超過(guò)3000億kwh，約占全國(guó)發(fā)電量的30%[1]，其中照明系統(tǒng)損耗占整個(gè)電能損耗的25%。在照明方面產(chǎn)生的驚人的耗電量的根本原因是我們對(duì)照明系統(tǒng)有著強(qiáng)烈的需求，其次是現(xiàn)有的照明系統(tǒng)存在著缺陷，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法高效用電，產(chǎn)生了大量的電能損耗。

根據(jù)我國(guó)有關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大約有2/3以上的地區(qū)每年被太陽(yáng)光照射的時(shí)間超過(guò)2200小時(shí)以上，全國(guó)各地的太陽(yáng)能輻射平均值為586KJ/cm3年，所以我國(guó)的太陽(yáng)能儲(chǔ)存量巨大，為了實(shí)現(xiàn)綠色用電，有效地利用太陽(yáng)能成了必不可缺的應(yīng)對(duì)方針。

本項(xiàng)目針對(duì)這一問(wèn)題，研究出了相關(guān)的解決辦法。這個(gè)項(xiàng)目是通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制，主要由光導(dǎo)照明系統(tǒng)、三維自動(dòng)追光系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)照明系統(tǒng)組成。光導(dǎo)照明系統(tǒng)通過(guò)采光裝置捕獲自然光源，然后經(jīng)過(guò)光導(dǎo)裝置強(qiáng)化并高效傳輸后，由漫射器將自然光均勻?qū)虢ㄖ?nèi)。光伏發(fā)電系統(tǒng)利用可三維自動(dòng)追光的光伏板，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤，并且通過(guò)風(fēng)速傳感器，采取規(guī)避算法，減少太陽(yáng)能板的受風(fēng)力，保證光伏板的穩(wěn)定運(yùn)行。輔助智能照明系統(tǒng)著重利用轉(zhuǎn)壓電路對(duì)蓄電池發(fā)出的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使LED在不同情況下得到不同的驅(qū)動(dòng)電源，并且在需要時(shí)切入市電，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本項(xiàng)目集節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和智能于一身，是一款融合聚光導(dǎo)光與雙模輔助的智能照明系統(tǒng)。

1 項(xiàng)目前景與意義

預(yù)計(jì)到2050年，可再生能源發(fā)電大約占全世界發(fā)電總量的百分之三十到四十左右。而太陽(yáng)能是目前世界上最具潛力，最具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的可再生新能源。我國(guó)地域遼闊、海岸線長(zhǎng)，所以有著相當(dāng)豐富的太陽(yáng)能資源。我國(guó)的太陽(yáng)能儲(chǔ)存量非常巨大，對(duì)它有效的開(kāi)發(fā)利用既會(huì)在一定程度上降低對(duì)環(huán)境的污染，也能有效地緩解當(dāng)前的能源危機(jī)。

本項(xiàng)目不僅解決了現(xiàn)存照明系統(tǒng)用電量大的問(wèn)題，而且在照明功能方面進(jìn)行了創(chuàng)新優(yōu)化。在照明方面，本項(xiàng)目充分利用了新能源―太陽(yáng)能，當(dāng)外界太陽(yáng)光線充足時(shí)，通過(guò)光導(dǎo)照明系統(tǒng)完成照明動(dòng)作。但外界天氣是不可預(yù)測(cè)的，并且照明系統(tǒng)在夜晚的使用更為重要。因此，輔助智能照明系統(tǒng)的結(jié)合使用顯得極其關(guān)鍵。

2 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的應(yīng)用

■2.1 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的組成與原理

2.1.1 組成

光導(dǎo)照明系統(tǒng)主要由聚光罩、導(dǎo)光管、漫射器三大部分組成[2]。

2.1.2 工作原理

光導(dǎo)照明系統(tǒng)通過(guò)聚光罩收集室外的太陽(yáng)光，并將其引入系統(tǒng)，再通過(guò)導(dǎo)光管高效進(jìn)行傳輸，最后由漫射器將太陽(yáng)光均勻散射至建筑內(nèi)。

圖1 捏菲爾透鏡的工作原理圖

本系統(tǒng)中的聚光罩采用折射聚光系統(tǒng)，選用捏菲爾透鏡，設(shè)計(jì)如圖1所示。導(dǎo)光管是光線傳導(dǎo)的重要部件。為了保證本項(xiàng)目能夠高效傳導(dǎo)外界自然光，光導(dǎo)照明系統(tǒng)采用管壁材料反射比不低于0.95的導(dǎo)光管。光導(dǎo)照明系統(tǒng)的建模圖如圖2所示。

■2.2 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的功能與應(yīng)用意義

2.2.1 功能

照明與節(jié)能是光導(dǎo)照明系統(tǒng)的最突出兩大功能。根據(jù)聚光罩、導(dǎo)光管與漫射器三大功能部件便可以實(shí)現(xiàn)自然光的所帶來(lái)的照明效果。通過(guò)聚光罩進(jìn)行光線的集中與收集，由導(dǎo)光管進(jìn)行高效傳輸，最終通過(guò)漫射器將所聚集的太陽(yáng)光進(jìn)行分散照明，實(shí)現(xiàn)照明功能。與以往的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)所不同的是，光導(dǎo)照明系統(tǒng)采用的能源屬于綠色能源―光能。以往的照明系統(tǒng)都在市電的基礎(chǔ)上進(jìn)行照明與相應(yīng)功能。而光導(dǎo)照明系統(tǒng)采用光能，通過(guò)三個(gè)關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)自然光的照明效果。并且光導(dǎo)照明的一些特點(diǎn)將傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的不足進(jìn)行了填充完善，人體多曬太陽(yáng)不僅可以提高腎上腺素水平等，改善人的心情，而且可以促進(jìn)鈣吸收。也就是說(shuō)，光導(dǎo)照明系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)照明功能的基礎(chǔ)上，還可以達(dá)成非同一般的健康效果。

圖2 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的建模圖

光導(dǎo)照明系統(tǒng)不僅照明效果好，而且相對(duì)節(jié)能。隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國(guó)科技水平與日俱增，社會(huì)經(jīng)濟(jì)也蓬勃發(fā)展起來(lái)，隨之而來(lái)的是社會(huì)生產(chǎn)對(duì)能源提出了極大的利用需求。為了防止社會(huì)嚴(yán)重的能源損耗將有限的不可再生資源用盡，節(jié)約傳統(tǒng)能源和不斷提高可再生資源利用技術(shù)便成為了及其重要的一步。光導(dǎo)照明系統(tǒng)利用可再生資源―太陽(yáng)能照明，不僅能讓人們有柔和舒適的照明體驗(yàn)，而且使其具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能環(huán)保的社會(huì)價(jià)值。由于光導(dǎo)照明系統(tǒng)的能源來(lái)著自然界的太陽(yáng)光，所以光導(dǎo)照明系統(tǒng)的綠色環(huán)保意義更為突出。在提供照明的基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，由此可知光導(dǎo)照明系統(tǒng)的功能即實(shí)用又關(guān)鍵。

2.2.2 應(yīng)用意義

當(dāng)電氣照明考慮節(jié)能環(huán)保的因素時(shí)，照明系統(tǒng)除了要求光照功率達(dá)到目標(biāo)值外，對(duì)燈具的工作效率以及電能的控制算法有了更高的要求。

光導(dǎo)照明系統(tǒng)利用可再生能源，在此基礎(chǔ)上減少它的能源損耗是十分關(guān)鍵的。目前, 我國(guó)照明耗電量約占總發(fā)電量的30%, 2019年我國(guó)總發(fā)電量約為7.14×1012kwh, 由此估算年照明耗電量達(dá)7.14×1011kwh。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),白天照明用電量占照明總用電量的50%以上, 如果大范圍使用光導(dǎo)照明系統(tǒng), 將能使白天照明用電量下降50%左右,相當(dāng)于每年節(jié)電約1.785×1011kwh。如果電價(jià)按照0.8元/kwh計(jì)算, 每年至少可節(jié)省電費(fèi)14.28億元。

由此可見(jiàn)，可再生能源的應(yīng)用對(duì)于節(jié)能減排和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的貢獻(xiàn)是非常可觀的。另外由于我國(guó)發(fā)電廠仍然以火力發(fā)電為主所以每節(jié)約1kwh用電, 就相當(dāng)于節(jié)省了0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤炭和4L凈水,減少了因煤炭燃燒所排放的1kg二氧化碳和0.03kg二氧化硫。因此，應(yīng)用光導(dǎo)照明系統(tǒng)不僅能為照明提供新思路，也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

3 太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)照明系統(tǒng)

在本項(xiàng)目中，太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)照明系統(tǒng)又稱輔助智能照明系統(tǒng)，由光伏發(fā)電系統(tǒng)和市電供電系統(tǒng)兩部分組成，包光照度傳感器、雙模LED燈(包括12V和24V)和人體紅外傳感器、繼電器等。

雙模LED燈通過(guò)繼電器分別與單片機(jī)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池連接，光照度傳感器與STC8051單片機(jī)連接。利用光照度傳感器和人體紅外傳感器控制雙模高效能LED燈，當(dāng)光照度傳感器檢測(cè)到光導(dǎo)照明的光照度不足時(shí)，提供12V低能耗的弱光輔助照明，當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入照明區(qū)域，打開(kāi)24V強(qiáng)光輔助照明達(dá)到工作照度要求，等待人離開(kāi)后關(guān)閉強(qiáng)光輔助照明，節(jié)省儲(chǔ)備電能消耗。并實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的電量，當(dāng)蓄電池不能提供足夠的電能給裝置時(shí)，市電自動(dòng)切入系統(tǒng)，為整個(gè)裝置供電。

■3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

本項(xiàng)目的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由三維自動(dòng)追光系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏板、蓄電池、控制器、逆變器自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等設(shè)備組成。

當(dāng)外界太陽(yáng)光線強(qiáng)度充足時(shí)，三維自動(dòng)追光系統(tǒng)將控制太陽(yáng)能光伏板進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)追光，實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。光伏電池組件接收光能并通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換為電能輸出，該電能一部分用于為整個(gè)智能照明裝置提供能量，另一部分貯存在蓄電池中，在單片機(jī)接收到光照度傳感器感應(yīng)到的室內(nèi)光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并判斷其低于預(yù)設(shè)值時(shí)使用。本項(xiàng)目的太陽(yáng)能光伏板上裝有風(fēng)速傳感器，利用空氣動(dòng)力學(xué)理論對(duì)風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模仿真，推導(dǎo)出會(huì)影響光伏板的風(fēng)速和風(fēng)向的函數(shù)關(guān)系式。通過(guò)處理器對(duì)此函數(shù)式和最大追光角公式進(jìn)行運(yùn)算，得出最優(yōu)的追光傾角，以延長(zhǎng)光伏板的壽命。而且光伏組件采用高透光率的鋼化玻璃封裝，表面由抗老化的膠膜和高強(qiáng)度的背板，具有效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

在該系統(tǒng)中，蓄電池是用來(lái)儲(chǔ)存太陽(yáng)能光伏板受太陽(yáng)照射時(shí)通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換輸出的電能，并在設(shè)備工作時(shí)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電?？刂破髟诜乐剐铍姵剡^(guò)充電和過(guò)放電的操作中起了重要的作用，其可以減少蓄電池不必要的損害。

光伏逆變器用來(lái)將太陽(yáng)能光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為220V交流電。太陽(yáng)能逆變器有配合光伏電池矩陣的特有功能，例如最大功率點(diǎn)追蹤及孤島效應(yīng)保護(hù)的機(jī)能。

■3.2 市電供電系統(tǒng)

市電供電系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)整流器和直流配電屏組成，開(kāi)關(guān)整流器主要由輸入回路、功率變換器、整流濾波電路和控制電路組成。輸入回路將交流輸入電壓整流濾波變?yōu)檩^為平坦的高壓直流電壓，經(jīng)功率變換器將其轉(zhuǎn)換為高頻脈沖電壓，再經(jīng)整流濾波電路將高頻脈沖電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓，輸出給負(fù)載?？刂齐娐返淖饔檬潜ＷC輸出直流電壓的穩(wěn)定和可調(diào)。

在本項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)的關(guān)鍵技術(shù)是如何選擇市電的切入條件和判斷市電的切入位置等。

3.2.1 市電切入的條件

在太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)照明系統(tǒng)中，只有在光伏電池提供的能量不足以驅(qū)動(dòng)整個(gè)照明系統(tǒng)，甚至不足以驅(qū)動(dòng)雙模LED燈的情況下，市電才能被切入。所以，如何判斷光伏電池?zé)o法提供足夠的能量驅(qū)動(dòng)裝置，是這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵。

本項(xiàng)目采用檢驗(yàn)蓄電池端電壓的方法判斷光伏電池是否能提供足夠的能量。因?yàn)榘滋焯?yáng)光線強(qiáng)度基本穩(wěn)定，蓄電池的放電電流基本恒定，光伏系統(tǒng)存儲(chǔ)能量的大小反映在蓄電池的端電壓上，所以可以通過(guò)檢驗(yàn)蓄電池的端電壓來(lái)判斷市電是否需要切入[3]。

3.2.2 市電切入點(diǎn)的選擇

在本項(xiàng)目中，輔助智能照明系統(tǒng)的光源設(shè)備是LED燈，其屬于低壓直流光源設(shè)備。所以本項(xiàng)目采用低壓直流光源切換的方法，當(dāng)蓄電池的端電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)允許市電切入。

■3.3 光伏電池和蓄電池容量的選擇

由于本項(xiàng)目中的雙模LED燈不需要考慮連續(xù)陰雨天太陽(yáng)光線強(qiáng)度不足的情況，蓄電池的容量?jī)H保證可支持設(shè)備一天的電量即可。為了防止蓄電池受到不必要的損害，其放電深度不能太深，不應(yīng)該超過(guò)75%。就本項(xiàng)目而言，蓄電池電壓不宜低于11v，當(dāng)蓄電池電壓低于該值時(shí)，系統(tǒng)就要允許市電切入。市電的切入操作在控制上是單向的，市電的切出操作與傍晚蓄電池的電量無(wú)關(guān)，它只能在天亮之后進(jìn)行。這是為了保證蓄電池的放電深度。

■3.4 雙模LED燈的選擇

因?yàn)樘?yáng)能光伏板受太陽(yáng)照射時(shí)通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換輸出的電能是直流電，而配電屏內(nèi)安裝的交流變頻開(kāi)關(guān)電源，輸出的也是直流電，所以LED燈內(nèi)不需要安裝傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)電源，只需要加裝簡(jiǎn)單的恒流電源。在本項(xiàng)目中，因?yàn)長(zhǎng)ED燈根據(jù)環(huán)境的不同會(huì)進(jìn)行12V弱光照射和24V強(qiáng)光照射的轉(zhuǎn)換，所以會(huì)選擇可接受12V和24V電壓的LED低壓AC交流燈泡。

4 系統(tǒng)工作過(guò)程

■4.1 整體工作過(guò)程

本系統(tǒng)的仿真模型如圖3所示。單片機(jī)分別與三維自動(dòng)追光系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和輔助智能照明系統(tǒng)連接用于實(shí)現(xiàn)智能控制。

圖3 光伏蓄電池驅(qū)動(dòng)LED模型

當(dāng)外界太陽(yáng)光線充足時(shí)，光導(dǎo)照明系統(tǒng)通過(guò)室外的采光罩裝置捕獲太陽(yáng)光，并將其導(dǎo)入系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)分配，再經(jīng)過(guò)導(dǎo)光管裝置將太陽(yáng)光強(qiáng)化并高效傳輸后，由漫射器將自然光均勻?qū)胧覂?nèi)。

該項(xiàng)目不僅可以通過(guò)光導(dǎo)照明系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能直接進(jìn)行處理、利用。而且將裝有三維自動(dòng)追光系統(tǒng)的太陽(yáng)能光伏板經(jīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與輔助智能照明系統(tǒng)連接，為整個(gè)裝置提供驅(qū)動(dòng)電能。當(dāng)外界太陽(yáng)光線充足時(shí)，三維自動(dòng)追光系統(tǒng)使用變步長(zhǎng)的擾動(dòng)觀察法，對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤，光伏電池組件接收光能，經(jīng)過(guò)控制器轉(zhuǎn)換成的電能一部分用于為整個(gè)照明系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)電能，另一部分貯存在蓄電池中。

當(dāng)外界太陽(yáng)光線不足時(shí)，光照度傳感器收集到的室內(nèi)光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)低于預(yù)設(shè)值，啟動(dòng)光伏蓄電池為雙模LED燈供電。雙模LED燈通過(guò)繼電器分別與單片機(jī)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池連接，光照度傳感器與單片機(jī)連接。利用光照度傳感器和人體紅外傳感器控制雙模高效能LED燈，當(dāng)光照度傳感器檢測(cè)到光導(dǎo)照明的光照度不足時(shí)，提供12V低能耗的弱光輔助照明，當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入照明區(qū)域，打開(kāi)24V強(qiáng)光輔助照明達(dá)到工作照度要求，等待人離開(kāi)后關(guān)閉強(qiáng)光輔助照明，減少儲(chǔ)能損耗。并實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池端電壓，當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)，切入市電為裝置供電。輔助智能照明系統(tǒng)根據(jù)光照情況及人體感應(yīng)實(shí)現(xiàn)了綠色照明。

■4.2 局部工作過(guò)程

4.2.1 蓄電池充放電過(guò)程

在充電狀態(tài)下，太陽(yáng)能光伏板和鉛酸蓄電池通過(guò)雙向反激變換器進(jìn)行連接，為了確保太陽(yáng)能光伏板在最大功率點(diǎn)工作，系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)dsPIC微處理器對(duì)其進(jìn)行跟蹤控制。當(dāng)外界自然光線充足時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)光電效應(yīng)將光伏電池矩陣輻射的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，并將電能儲(chǔ)存在光伏蓄電池中。在需要照明的場(chǎng)合，系統(tǒng)再通過(guò)蓄電池驅(qū)動(dòng)LED燈，提供光源。

圖4 光伏蓄電池驅(qū)動(dòng)LED結(jié)構(gòu)圖

在放電狀態(tài)下，蓄電池驅(qū)動(dòng)雙向反激變換器向LED燈釋放電能。為使LED燈工作在恒流驅(qū)動(dòng)模式下，加入恒流驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)采樣電路將LED燈負(fù)載支路上的電阻上的電流信號(hào)通過(guò)電壓/電流變換電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。并且通過(guò)反饋控制模塊反饋到恒流驅(qū)動(dòng)模塊和恒壓驅(qū)動(dòng)模塊，將轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)與運(yùn)算放大器所設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得到MOS管門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs，通過(guò)對(duì)MOS管阻抗的線性調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒流。

圖5 LED燈恒流驅(qū)動(dòng)電路

4.2.2 蓄電池端電壓檢測(cè)過(guò)程

通過(guò)蓄電池端電壓檢測(cè)電路、電壓比較電路，檢測(cè)端電壓的電壓值與主電路電路中的電壓值，并將兩邊的電壓值進(jìn)行比較。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池電量不在充值狀態(tài)時(shí),LED通過(guò)市電切入經(jīng)過(guò)隔離變壓器降壓處理，然后經(jīng)過(guò)由四個(gè)二極管構(gòu)成的整流橋和兩個(gè)大容量的濾波電容，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。最后輸入由三個(gè)LM7805穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，最后在輸出端接入一個(gè)濾波電容，經(jīng)過(guò)這樣簡(jiǎn)單的處理，就將220V的交流電轉(zhuǎn)換成直流電給LED提供電源。重復(fù)上述，當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到照明系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有人時(shí)，單片機(jī)控制接入LED引腳獲得12V直流電驅(qū)動(dòng)；當(dāng)檢測(cè)到照明系統(tǒng)內(nèi)有人時(shí)，LED獲得24V直流電驅(qū)動(dòng)。

4.2.3 市電切入驅(qū)動(dòng)LED原理

市電（220V，50Hz），經(jīng)過(guò)隔離變壓器降壓處理，然后經(jīng)過(guò)由四個(gè)二極管構(gòu)成的整流橋和兩個(gè)大容量的濾波電容，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。最后輸入由三個(gè)LM7805穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，最后在輸出端接入一個(gè)濾波電容，經(jīng)過(guò)這樣簡(jiǎn)單的處理，就將220V的交流電轉(zhuǎn)換成直流電給LED提供電源。當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到無(wú)人時(shí)，LED獲得12V直流電驅(qū)動(dòng)；當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，LED獲得24V直流電驅(qū)動(dòng)。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）在單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置尋光模塊，并在光伏板上加入雙軸跟蹤機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板的三維旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)捕捉太陽(yáng)直射位置。

（2）通過(guò)風(fēng)速風(fēng)向傳感器，利用空氣動(dòng)力學(xué)理論對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)風(fēng)對(duì)光伏板當(dāng)前角度的作用力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)調(diào)整光伏板追光角，在保證光伏板安全的前提下，尋找追光效率最大時(shí)的角度值。

（3）輔助照明系統(tǒng)中的LED模塊有以下三種方式供電方式：①光伏蓄電池電能通過(guò)轉(zhuǎn)壓電路輸出的12V電源；②光伏蓄電池電能通過(guò)轉(zhuǎn)壓電路輸出的24V電源；③切入的市電。

（4）本項(xiàng)目為一款綠色智能照明系統(tǒng)，預(yù)備由光伏發(fā)電系統(tǒng)、光導(dǎo)照明系統(tǒng)、輔助智能照明系統(tǒng)構(gòu)成，充分利用太陽(yáng)能發(fā)電蓄電，為整個(gè)裝置提供驅(qū)動(dòng)電能。利用轉(zhuǎn)壓電路對(duì)蓄電池發(fā)出的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)LED在不同情況下得到不同的電源驅(qū)動(dòng)。并通過(guò)市電切入解決用戶用電量過(guò)高時(shí)蓄電池電量可能不足的情況。

6 節(jié)能效果分析

本項(xiàng)目中的光導(dǎo)照明系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)照明系統(tǒng)如果應(yīng)用在地下車庫(kù)、商場(chǎng)、室內(nèi)市場(chǎng)、建筑走廊等場(chǎng)所，其節(jié)能效果會(huì)被發(fā)揮充分的利用。大致可以體現(xiàn)在下述三個(gè)方面：

（1）光導(dǎo)照明系統(tǒng)節(jié)能

光導(dǎo)照明系統(tǒng)作為一種新型的照明裝置，當(dāng)外界光線強(qiáng)度充足時(shí)，其只需耗少量的電能就可以將大量的自然光源帶入室內(nèi)。該系統(tǒng)平均每天可聚光導(dǎo)光10小時(shí)左右，而且照明面積大。其使用年限超過(guò)25年，是普通電力照明燈具使用年限的兩倍。該系統(tǒng)不僅可以減少建筑的用電量，而且降低了維修成本。

（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能

光伏電池組件接收光能并通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換為電能輸出。在白天，外界太陽(yáng)光線充足，本項(xiàng)目用光導(dǎo)照明系統(tǒng)照明，光伏供電僅用于為整個(gè)智能照明裝置提供能量；另一部分能量貯存在光伏蓄電池中，在晚上，為雙模LED燈提供能量。這樣，光伏蓄電池中的電量就基本滿足了用戶晚上的用電需求，系統(tǒng)無(wú)需立即切入市電為L(zhǎng)ED燈供電，節(jié)電率高達(dá)45%。

（3）雙模調(diào)光節(jié)能

雙模高效能LED燈的調(diào)光功能主要由光照度傳感器和人體紅外傳感器控制。當(dāng)光照度傳感器檢測(cè)到光導(dǎo)照明的光照度不足時(shí)，提供12V低能耗的弱光輔助照明，當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入照明區(qū)域，打開(kāi)24V強(qiáng)光輔助照明達(dá)到工作照度要求，等待人離開(kāi)后關(guān)閉強(qiáng)光輔助照明，節(jié)省儲(chǔ)備電能消耗。這樣，不僅解決了過(guò)度照明的問(wèn)題，而且可節(jié)電10%以上。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)一種新型綠色智能照明系統(tǒng)進(jìn)行了深入的闡述和分析。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)的不斷研究和討論，使綠色建筑的節(jié)能方法和措施不斷改進(jìn)和完善。本文介紹的項(xiàng)目結(jié)合了三維自動(dòng)追光系統(tǒng)、光導(dǎo)照明系統(tǒng)和光伏電力與市電互補(bǔ)照明系統(tǒng)，它們均與單片機(jī)連接，用于實(shí)現(xiàn)智能控制。這不僅使系統(tǒng)充分地利用了新能源―太陽(yáng)能，而且可以有利地保證系統(tǒng)照明動(dòng)作的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，單片機(jī)通過(guò)控制多種傳感器，如光照度傳感器、人體紅外傳感器等，從而控制雙模高效能LED燈在不同條件下被不同的電源電壓所驅(qū)動(dòng)，使系統(tǒng)的節(jié)能效果更加突出，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為合理。