高亮度LED太阳能路灯照明系统
太阳能路灯方案完整版
Vi= a（tmax-25）Va
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太阳能电池板组件功率旳拟定：
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太阳能路灯旳控制方案选择：
经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚 上能自动开灯、上午能自动关灯。它采用光控开关时间 旳优点，克服了光控开关易受干扰旳缺陷，取钟控器时 间精确之优点，克服了定时开关不会自动变换开关时间 之短处。目前路灯控制常采用这种控制方式，但其价格 较高，在路灯中使用将会增长不必要旳成本。
太阳能路灯是利用太阳能电池板，白天接受太阳辐 射能并转化为电能经过充放电控制器储存在蓄电池中， 夜晚当照度逐渐降低，充放电控制器侦测到这一值后动 作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电10小时后，充放电 控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器旳主要作 用是控制路灯打开和关闭，同步保护蓄电池，延长蓄电 池使用寿命。 。
➢额定工作电压： 24V ➢ 额定工作电流：10A ➢过充电压点： 28.8V±0.2V ➢过压恢复点： 27.2V±0.2V ➢过放电压点： 21.6V±0.2V ➢过放恢复点： 24.6V±0.2V
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太阳能控制器旳技术参数:
➢ 太阳能电池与蓄电池间电压降：不大于0.4V ➢ 蓄电池与负载间电压降：不大于0.23V ➢ 空载电流：不大于10mA ➢开路电压： 50V ➢ 环境温度：-20℃---+50℃ ➢ 使用海拔：不大于5000米
目录：
序言 太阳能路灯旳简介 太阳能路灯方案 照明方式简介 太阳能路灯旳安装 经济效益分析 设备清单
智能型LED太阳能路灯系统的设计
中图分 类号 ： Ｍ９ ３５ Ｔ ２ ．８
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ２ ９ ６ （０ ００ — ０ ５ ０ １ ７ — ０ ４２ １ ）６ ０ ４ — ３
太 阳 能 是 地 球 上 最 直 接 最 普 遍 也 是 最 清 洁 的 能 源 ． 阳 太 能 作 为 一 种 巨量 可 再 生 能 源 随 着 传 统 能 源 的 日益 紧 缺 ． 太 阳 能 的应 用 将 会 越 来 越 广 泛 ． 其 太 阳 能 发 电领 域 在 短 短 的 尤 数 年 时 间 内 已发 展 成 为 成 熟 的朝 阳产 业 目前 ． 路 照 明 占 整 个 照 明用 电 量 的 ２ ％～ ０ ． 此 道 道 ５ ３％ 因 路 照 明 节 能 具 有 很 大 的潜 力 和 空 间 目前 道 路 照 明 使 用 最 多
１ 太 阳 能 路 灯 系 统 的 组 成
路 灯 系 统 由 以 下 几 个 部 分 组 成 ： 阳 能 电 池 板 、 压 电 太 升 路 模 块 、 制 器 模 块 、ｉｂｅ通 讯 组 件 、 电池 组 、Ｅ 光 源 。 控 Ｚｇｅ 蓄 ＬＤ 如 图 １ 示 所 系 统 的 基 本 工 作 原 理 ： 太 阳 能 控 制 器 的 控 制 下 ， 天 在 白 太 阳 能 电 池 板 经 过 两 路 升 压 电 路 （２ 到 ４ Ｖ） 蓄 电 池 组 １Ｖ ２ 向 充 电 ． 晚 上 蓄 电 池 组 提 供 电 力 给 Ｌ Ｄ灯 负 载 在 控 制 模 块 Ｅ
３天 津 英 诺 华 微 电子技 术 有 限公 司 天 津
摘要
３０５ ） ０ ４ ７
提 出一 种 新 型 的 智 能 化 控 制 的 Ｌ Ｄ 路 灯 系 统 ， 太 阳 能 电 池 板 的 输 出 电 压 经 过 Ｄ ／ Ｃ升 压 电路 ， 引 入 了 基 于 Ｅ 将 ＣＤ 并
LED风光互补路灯说明书
LED风光互补路灯说明书1.介绍LED风光互补路灯是以太阳能和风能相互补充作为电能供给用来提供夜间道路照明，采用高光效LED光源设计，具有亮度高、绿色环保、安装简便、工作稳定可靠、不敷设电缆、不消耗常规能，使用寿命长等优点，特别是本品控制器采用多重节能线路设计，拥有过充、过放、反接，自动光控装置，全面提升LED发光效率，极大节约电能。
本产品白天利用太阳能电池板和风力发电机将太阳能及风能转换成电能给蓄电池充电，晚上蓄电池放电使LED灯发光工作，属于当今社会大力提倡利用的绿色能源产品。
主要应用于城市道路、小区道路、工业园区、景观亮化、旅游风景区、公园、庭院绿化带、广场、步行街、健身休闲广场等场所的2.基本配置清单名称型号/规格数量备注太阳能电池组件65Wp 1件风力发电机300W 1件LED灯具35W 1个蓄电池12V/60Ah 2件1个风光互补太阳能控制器太阳能路灯专用1套电缆路灯灯杆Φ140 1套灯杆高6.0米控制箱450(W)x610(H)x610(D) 1件3.原理系统工作原理，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能和风力转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。
太阳能风光互补路灯主要由太阳能电池组件、风能发电机、太阳能风能控制器、免维护蓄电池、LED路灯、灯杆和结构件等组成。
太阳能风光互补路灯在晴天可利用太阳光照发电，产生电能；阴雨天和夜晚可利用风力发电，产生电能，两种功能的互补将可产生更多的电能，实现风光互补。
控制器对蓄电池的过充、过放进行保护，并对光源的开启和亮灯时间进行控制。
4.安装及说明1.需要工具名称规格数量备注活动扳手14’’ 1铁丝Φ2mm12米以杆高度而定内六角扳手1套1套胶钳1个人字梯-- 1个按灯杆高度所定手电钻1~10口径1个备上所要钻头一字，十字螺丝刀Φ5mm各一把铁锤3kg左右1把万用表1个2.所需配件名称规格数量备注电缆太阳能路灯专用-- 以杆高度而定普通电缆 4.0 -- 以杆高度而定接线头3.安装顺序⑴用铁丝把灯杆上所要通线的先穿通好；⑵把太阳能电池板固定在太阳能支架上；⑶把风力发电机组装好并固定在风机支架上；⑷接上太阳能板的线、风力发电机的线和LED路灯的线；⑸把太阳能支架、风力去架和LED路灯固定在路灯灯杆上；⑹按要求接上风机，太阳能板，控制器等线，测试系统等是否正常，正常后把防碍吊车起吊线暂拆掉；⑺用吊车把路灯灯杆立起并固定；⑻固定控制箱；⑼把控制器和蓄电池放到控制箱里，再按要求接上所有线；⑽最后再检验并测试路灯工作是否正常。
太阳能路灯技术规范
太阳能路灯技术规范前言随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。
同时，也随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的双重优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。
经济效益太阳能路灯安装简便，不用铺设复杂的输电线路、配电设备，不需开挖路面、埋管工程，不消耗电能，大幅降低维护成本，使运行成本大大减低。
据推算，太阳能路灯5-7年即可与普通路灯的总投资持平，之后则长期受益。
太阳能灯具是低压产品，运行安全可靠，无安全隐患，不会因施工质量、工程改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等多方面因素而造成安全隐患，为市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。
社会效益与当前国家提倡科学发展观、建设节约型社会、实现可持续发展的主旋律一致，标志着现代物质文明和精神文明的进步、民众观念的更新和社会责任感的增强。
环境效益太阳能路灯系统所需电能由清洁无污染的太阳能转化而来，不采用常规公网电力，不消耗任何化石原料，没有二氧化碳、二氧化硫的有害气体的排放，在环境危机不断加剧的今天，推广应用太阳能等新能源发电对于节能减排、改善环境，保证社会的可持续发展具有战略意义。
太阳能发电照明与传统发电照明的比较：目的为了更好的规范太阳能路灯的安装和管理特制定本规范，以便在日常工作中能够起到监督管理作用，保证产品质量，满足客户要求。
一、太阳能路灯的工作原理太阳能路灯由以下几部分组成：太阳能电池、蓄电池、太阳能路灯专用控制器、光源及灯杆。
工作原理：在白天太阳能电池接受阳光照射产生给蓄电池充电，将光能转换为电能，通过太阳能控制器给蓄电池充电，将电能存储在蓄电池中。
当天黑时，即太阳能停止充电，太阳能控制器开启光源。
（可依需要设计多时段变降功率使用）。
二、太阳能路灯的检测标准所有设备及材料的制造、实验等各方面应遵循下列标准：GB7000.1-2002《灯具通用安全要求与试验》GB7003-86《灯具外壳防护等级分类》QB/T3741-1999《灯具电镀、化学覆盖层》GB7248-87《电光源安全要求》GB9468-88《道路照明灯具光度测试》GB19652-2005《电光源产品质量分级等指标》GB5702-85《光源显色性评论方法》GB50259-96《电气照明装置施工及验收规范》CJJ89-2001《城市道路照明工程施工及验收规范》IEC60598-1《国际安全标准》（一）、灯杆技术要求1、符合国家现行规定的路灯验收标准；2、灯杆灯具参数、尺寸、外型满足图纸要求；3、灯杆内外表面采用热镀锌防腐处理后喷塑，颜色以效果图为准，表面光滑，不变色，无针孔、无流挂、无剥落等现象；镀锌厚度不小于85微米，喷塑厚度不小于100微米；4、支撑杆、横档为优质低碳钢材，无凹陷等明显痕迹，并与主杆一样采用热镀锌、喷塑；5、法兰板采用等离子切割成形，周边光洁，无毛刺，外观美观，孔位准确；6、电器门采用等离子切割，尺寸准确，表面光滑、平整，并焊接防盗装置和接地装置；7、铜芯接线端子质量达到国家电器行业标准；8、路灯设计风速大于35米/秒，抗震度大于8级，保证整杆路灯在恶劣天气状况正常工作。
太阳能LED路灯的设计与研究
太阳能LED路灯的设计与研究摘要：太阳能led路灯具有绿色、节能、长寿命等诸多优点，发展前景可观。
选用slm2842s驱动模块为载体，从供电、驱动和led连接构架等方面展开论述，对太阳能led路灯的研究和设计具有一定参考应用价值。
关键词：led路灯 slm2842s模块升压恒流驱动 led连接构架中图分类号：tm923 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）012-029-031引言太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭、广泛存在的天然能源，其优点是极为丰富、洁净、安全、价廉，对生态平衡没有任何影响。
目前，led照明技术日趋成熟，led将会在照明行业内得到普及，进而引发人类照明史上的第四次革命。
太阳能led路灯不仅能利用清洁免费的太阳能以及高效环保的led 给道路带来照明，而且同时可以减少温室气体排放，实现绿色照明的目的。
利用太阳能和led光源制成各种新型太阳能路灯，相同照度情况下比不用led 的太阳能路灯节约太阳能电池和蓄电池容量40%，光源寿命增加10倍，可靠性提高5倍，系统成本降低40%以上，同时也解决了常规太阳能路灯系统用交流逆变不可靠、低温启动难、系统造价高等缺点。
这里想要从供电和驱动器来探讨其总体设计。
2 led的恒流驱动特性led是一个很热的二极管。
因为输入led的电功率70%都变成热能，所以led很热，必须考虑led的温度特性。
led具有负温系数-2mv/℃，温度升高伏安特性左移。
如图1，如果采用恒压电源就会加大光衰。
随着led温度升高，如果电源电压恒定，电流就会加大。
例如，常温下3.3v时，电流20ma；85度时，电流35—37ma，亮度饱和并不增加。
电流加大温升更高，结温升高的结果就是光衰加大。
如果采用恒流电源供电，即使温度升高，电流不变，不会造成恶性循环。
同时，选用电流模式的恒流设计，可以让输出电流不受输入电压变化的影响，在电池满载以及快没电时，都能让路灯维持相同的亮度。
太阳能路灯
一、工程概况：本工程为平凉服务区太阳能路灯亮化设计项目二、设计范围：室外场地照明供配电系统，防雷接地及安全措施。
三、设计依据：（1）《民用建筑电气设计与施工——室外布线》08D800-7。
（2）《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008.（3）《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015.（4）甘肃省工程建设标准设计-甘12D4外线工程（5）建筑专业所提供的总平面图及其它专业的要求。
四、照明供配电系统：（1）负荷等级及容量：本工程为室外场地照明，照明用电负荷等级为三级.（2）供电电源：本工程照明电源由太阳能电池板发电，储存至蓄电池，由蓄电池提供室外照明。
（1）光源：道路选用一体化LED太阳能路灯，灯具功率宜为100w，灯杆高度参考选择为12m，根据场地选择一杆8灯，现场设计实际2盏高杆路灯杆；图中灯具设计仅供参考灯具具体由建设单位与灯具供应商确定。
（2）照度标准：道路照度按现行国家标准《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015.执行。
（3）路灯安装：路灯布局按照单侧布置，距高比应按照CJJ45-2015内我国距高比执行，间距宜在15m~25m之间，具体安装有灯具厂家根据灯杆基础外形确定。
（4）照明控制：场地照明采用ITEFLY手机APP智能控制器，根据平凉市经纬度和室外自然光照度控制室外各种灯具自动启停。
三、防雷接地及安全措施：（1）金属灯杆及构件、灯具外壳、配电箱等外露可导电部分，应进行保护接地，接地电阻应小于10Ω，并符合国家现行相关规范标准。
（2）灯杆以及电源接线盒应以预留-40X4镀锌扁钢可靠连接。
（3)高杆灯应设置防雷装置，本设计采用一体化灯具，灯杆顶端采用设备接闪器装置，灯杆基础作为防雷接地装置。
五、太阳能的优点1.效率高、能耗小2.自动保护和修复3.IP65防护等级、防水、抗热4.充电10小时可持续照明三天5.使用成本低，寿命长、无需维护费、无需拉电线6.安装简单便捷7.亮度充足、节能环保8.光线质量好，光谱中没有紫外线和红外线，能量小，无辐射照射物不会受到紫外线的伤害，属于典型的绿色光源9.绿色环保，灯的废弃物可回收利用，没有污染，不含汞成分10.使用一键开关控制，后期无需维护。
太阳能路灯工作原理
太阳能路灯工作原理
太阳能路灯利用太阳能转换为可供照明使用的电能。
其工作原理如下：
1. 太阳能电池板：太阳能路灯上安装有太阳能电池板，它由多个太阳能电池组成。
当阳光照射到电池板上时，太阳能电池会将光能转化为直流电能。
2. 蓄电池：直流电能被储存在蓄电池中，以供夜间使用。
蓄电池通常采用可充电的深度循环铅酸蓄电池，能够长时间持续供电，并且具有较高的电池寿命。
3. 控制器：路灯的控制器起着管理和控制太阳能路灯工作状态的作用。
它能够根据环境光线的亮度自动感应路灯是否需要亮起，同时控制蓄电池的充放电情况，确保电能的正常供应。
4. LED灯源：LED灯源是太阳能路灯的照明部分。
由于LED 灯具有高光效、低功耗和长寿命的特点，因此被广泛应用于太阳能路灯中。
LED灯通过控制器得到电能供应，发出明亮的光线。
5. 光控：太阳能路灯还配备有光控装置，可以感应到周围环境的光线，并使用控制器对灯具亮度进行调整。
当周围环境变得越来越暗时，光控装置会自动调整灯光的亮度，以保证路面和周围环境的照明需求。
总结：太阳能路灯通过太阳能电池板将阳光能量转化为电能，
并通过蓄电池进行储存。
控制器根据光控装置感应到的环境光线亮度来控制LED灯源的亮度，从而实现道路照明的需求。
这种系统可以节约能源、环保无污染，并且不需要外部供电，具有很大的应用潜力。
LED路灯知识简介
LED路灯空气对流散热式大功率LED路灯灯具定义：LED路灯即半导体照明灯，以发光二极管作为光源，因其是一种固态冷光源，具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，做成的LED路灯。
路灯是城市照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯整体上光效低的缺点造成了能源的巨大浪费，因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。
特点：LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。
外罩可用PC管制作，耐高温答135度.耐低温达-45度发光二极管(LightEmittingDiode,简写为LED)是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏置电压和注入电流下，注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子，将电能直接转化为光能。
优点：1、LED路灯本身的特性——光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率；2、LED路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的；3、LED的光源效率目前已达100lm/W，而且还有很大的发展空间，理论值达250lm/W。
而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加，因此，总体光效LED路灯比高压钠灯强；(这个总体光效是理论上的，实际上250W以上高压钠灯的光效高于L ED)。
4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多，高压钠灯显色指数只有23左右，而LED路灯显色指数达到75以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯提高20%以上（参照英国道理照明标准）；5、LED路灯的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右已经下降30%以上，因此，LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；6、LED路灯有自动控制节能装置,能实现在满足不同时段照明要求情况下最大可能的降低功率，节省电能7、LED是低压器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，系列产品单颗LED功率都为1瓦，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所（例如：路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等）8、每个单元LED小片只有很小体积，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。
飞利浦太阳能LED路灯配置方案1实用资料
飞利浦太阳能LED路灯配置方案1实用资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）飞利浦太阳能LED路灯配置方案1、道路宽12-14米，灯杆高8米，间距30米，交叉布灯。
2、对称安装双挑太阳能LED路灯，主干道功率为60W，辅道功率为30W。
经计算，主干道路面平均照度为20.7勒克斯主干道采用飞利浦BRP330/ 60W LED路灯配置2*80W 太阳能电池板+ 150AH 蓄电池系统+ Gen-1 控制器.辅道采用飞利浦BRP330/ 30W LED路灯配置80W 太阳能电池板+ 85AH 蓄电池系统+ Gen-1 控制器使用飞利浦高效率的Solar LED灯具(灯具效率达到90lm/W) ,在满足道路照明标准的情况下，使灯具的功率显著降低，从而降低了太阳能电池板和蓄电池的大小。
太阳能电池板LED 路灯控制器蓄电池盒+ 蓄电池飞利浦提供：飞利浦为客户量身定制最优化太阳能路灯系统，节约整体系统成本，同时保证高质量道路照明效果。
最优化系统成本•高系统效率路灯：节约电池板及蓄电池尺寸及容量•智能控制器有效能源管理•最优化系统方案设计：根据使用环境，地点，气候及客户道路照明要求进行优化系统整体设计。
可靠性•坚固可行系统机械设计，同时具有防盗，防破坏设计。
•对每一个零配件及供应商严格的质量管理•3年质保，飞利浦为系统提供整体质量保证。
维护方便•可靠系统质量提供更少的维护需求甚至零维护。
优质路面照明•专业的路面照明设计，多年领先市场的照明经验主干道灯具BRP330/ 60W，辅道BRP330/ 30W灯具包括了LED模组芯片、透镜、驱动器、灯体、面板玻璃等所有附件LED芯片采用美国进口Lumileds芯片，光效≥135lm/W，灯具系统光效≥90lm/W色温4000K显色指数≥75使用寿命≥50000小时（光通维持率保持在70%的时候，厂家提供3年质保）特点：-飞利浦优异的散热技术，保证系统的长久稳定使用-灯壳为整体高压铸铝，坚固耐用-模块化设计，可方便地对LED模组和电器进行维护和升级-特制透镜及高反射贴膜，提供路灯专业精确配光及灯具效率-整灯防水防尘等级高达IP66外型尺寸：飞利浦太阳能蓄电池飞利浦将高质量胶体电池应用于太阳能路灯系统，进一步节约整体成本。
太阳能路灯系统设计
图2- 3独立光伏发电系统组成
天津中德应用技术大学
2.3 独立光伏发电系统
Stand-alone photovoltaic power generation system
太阳能路灯系统设计
（1）太阳能光伏组件
太阳能光伏组件既是光伏发电系统中的核心部分，也是光伏发电系统中价值最高的部分。其 作用是将太阳的辐射能量转换为电能，并送往蓄电池中存储起来，也可以直接用于推动负载工作。
图2- 13脉宽调制型（PWM）控制器电路原理
天津中德应用技术大学
2.4 光伏控制器
Photovoltaic controller
太阳能路灯系统设计
4. 最大功率点跟踪型控制器
所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时测试太阳电池的发电电压，并追踪最高电压值， 使系统以最高的效率对蓄电池充电。将太阳电池的电压 U 和电流 I 检测后相乘得到功率 P ，然后 判断太阳电池此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，则调整脉宽，调制输出占空 比 D ,改变充电电流，再次进行实时采样，并做出是否改变占空比的判断，通过这样寻优过程可保 证太阳电池始终运行在最大功率点，以充分利用太阳电池方阵的输出能量。同时采用 PWM 调制 方式，使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。
（2）蓄电池
蓄电池的作用主要是存储太阳能光伏组件发出的电能，并可随时向负载供电。目前 为光伏 系统配套使用的主要是免维护铅酸电池，在小型、微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池、锂 电池或超级电容器。
天津中德应用技术大学
2.3 独立光伏发电系统
Stand-alone photovoltaic power generation system
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图２太阳能板的典型输出特性曲线１引言随着固态光源的发展，ＬＥＤ的应用已不再仅仅局限于指示灯领域，它凭借寿命长，光效高等优点在现代照明体系中日益凸现优越性。伴随着光伏技术的发展，大功率高亮度ＬＥＤ更以其高效、节能而进一步引起了社会各界对该光源的广泛关注。但目前，ＬＥＤ太阳能路灯还存在因灯驱动电路导致ＬＥＤ光衰现象及太阳能利用率不高等不足。业界普遍认为ＬＥＤ的恒流驱动对抑制光衰效果显著。传统的太阳能路灯充电系统中，通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连，这将导致太阳能板的工作点偏移最大功率点（ＭａｘｉｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ，简称ＭＰＰ），而未有效利用太阳能板的可输出功率；同时容易使蓄电池因供能不足而长期处于欠充满状态，造成寿命缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上，分析了恒压追踪［１］、扰动观察［２，３］等最大功率追踪（ＭＰＰＴｒａｃｋｉｎｇ，即ＭＰＰＴ）法，提出了一种数模混合的ＭＰＰＴ策略，它可使太阳电池的输出稳定在ＭＰＰ附近，从而有效利用了太阳能板可输出的最大功率。２太阳电池的电路模型图１示出太阳电池的电路模型［４］。通常，材料内部的等效并联电阻Ｒｓｈ值大，而材料内部的等效串联电阻Ｒｓ值很小。
输出负载ＲＬ上的电压电流关系为：
ＩＲＬ＝Ｉｓ－Ｉｏｓ!ｅｘｐｑＡｋＴ（ＵＲＬ＋ＩＲＬＲｓ）－"#１$－ＵＲＬ＋ＩＲＬＲｓＲｓｈ
（１）
式中ｑ，ｋ———电子电荷量及波耳兹曼常数Ａ———太阳能板的理想因素，Ａ＝１￣５Ｔ———太阳能板的温度Ｉｏｓ———太阳能板的逆向饱和电流，与Ｔ有关
由上述关于太阳能板电路模型的分析可见，太阳电池的输出是一个随光照条件及温度等因素变化的复杂变量。图２示出太阳电池在标准测试条件
高亮度ＬＥＤ太阳能路灯照明系统陈尚伍，陈敏，钱照明（浙江大学，浙江杭州３１００２７）
摘要：在传统的太阳能路灯系统中，通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连，这将导致太阳能板的利用效率低，同时容易使蓄电池长期处于欠充满状态，造成其使用寿命的缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上，提出了一种数模混合的最大功率点追踪（ＭａｘｉｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ，简称ＭＰＰＴ）策略，它可最大程度地利用太阳能，同时对固态光源ＬＥＤ的驱动电路做了研究，最后用实验验证了该方案的高效性和实用性。关键词：太阳能电池；占空比；模数；控制／最大功率点追踪中图分类号：Ｕ４６３．６５，ＴＮ３１２＋．８文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１００Ｘ（２００６）０６－００４３－０３
ＳｏｌａｒＳｙｓｔｅｍｆｏｒＬｉｇｈｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＨｉｇｈＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓＬＥＤＣＨＥＮＳｈａｎｇ－ｗｕ，ＣＨＥＮＭｉｎ，ＱＩＡＮＺｈａｏ－ｍｉｎｇ（ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｈａｒｇｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｏｆｓｏｌａｒｌｉｇｈｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｉｓｏｆｔｅｎｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｂａｔｔｅｒｙｂｙａｂｌｏｃｋａｄｉｎｇｄｉｏｄｅ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｃａｕｓｅｐｏｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄｉｔｗｉｌｌａｌｓｏｍａｋｅｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｌａｃｋｏｆｃｈａｒｇｉｎｇ，ｔｈｕｓｓｈｏｒｔｅｎｉｔｓｌｉｆｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｅｌｌ，ａｎｄｔｈｅｎｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗｓｔｒａｔｅｄｙｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｏｇ－ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＭａｘｉｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｍａｋｅｔｈｅｂｅｓｔｕｓｅｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ．ＴｈｅａｕｔｈｏｒｓａｌｓｏｄｏｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ（ＬＥＤ）ｌｉｇｈｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ａｔｌａｓｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｓｕｐｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｃｅｌ；ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ；ａｎａｌｏｇ－ｄｉｇｉｔａｌ；ｃｏｎｔｒｏｌ／ＭＰＰＴ
定稿日期：２００６－１０－１６
作者简介：陈尚伍（１９８３－），男，江苏沭阳人，硕士研究生
。
研究方向为电力电子技术。
图１太阳电池的电路模型图中Ｉｓ———由光生伏特效应产生的电流
电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ第４０卷第６期２００６年１２月Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００６
４３电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ第４０卷第６期２００６年１２月Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００６
图５输出功率随Ｄ扰动的变化情况图中Ａ，Ｂ，Ｃ———占空比为Ｄ－，Ｄ，Ｄ＋时的Ｐ
ａｒｒ
模式１，２，３———Ｄ－，Ｄ，Ｄ＋时刻的输出
达到最大
下，即光照１ｋＷ／ｍ２，Ｔ＝２５ｏＣ时的典型输出特性［３］。太阳能板的输出开路电压ｕｏｃ和输出短路电流ｉ
ｓｃ
的值由生产厂给出。
３电路工作原理
目前，市场上绝大部分太阳能路灯都是通过防电流倒灌二极管将蓄电池与太阳能板直接相连以充电的。图３示出传统的充电电路。这种做法的弊端是它将使太阳能板的输出电压Ｕａｒｒ被蓄电池箝位在其电动势１２Ｖ左右，也即其工作点被限制在图２的Ｑ点，这将使太阳能板的输出功率Ｐａｒｒ大幅度降低。在太阳能板与蓄电池组中加入ＤＣ／ＤＣ电路，通过对其进行控制，调节Ｕａｒｒ，从而使其稳定在图２的Ｐ点，以便能有效利用太阳能板的可输出功率。在标准测试条件下，太阳电池的最佳工作电压与其开路电压之间存在一个特定的比例关系，基于该思想产生了恒压跟踪ＭＰＰＴ［１］策略，但在非标准条件下，其实用性较差。利用扰动开关管的工作占空比Ｄ，直至输出功率Ｐａｒｒ达到最大的扰动观察法，在寻找ＭＰＰ上更具通用性。对于Ｂｕｃｋ电路，存在ＵａｒｒＤ＝Ｕｂａｔ关系［５］，所以ｄＵａｒｒ／ｄＤ＝－Ｕｂａｔ／Ｄ２ｄＰａｒｒ／ｄＤ＝（ｄＰａｒｒ／ｄＵａｒｒ）（ｄＵａｒｒ／ｄＤ!）（２）式中Ｕｂａｔ———蓄电池电压将式（１）代入得：ｄＰａｒｒ／ｄＤ＝－（ｄＰａｒｒ／ｄＵａｒｒ）（Ｕｂａｔ／Ｄ２）（３）所以：ｄ２ＰａｒｒｄＤ２＝２ＵｂａｔＤ３ｄＰａｒｒｄＵａｒｒ－ＵｂａｔＤ２ｄ２ＰａｒｒｄＤｄＵａｒｒｄＤ（４）由图２可知，在ＭＰＰ时，ｄＰａｒｒ／ｄＵａｒｒ＝０，（ｄ２Ｐａｒｒ／ｄＵａｒｒ２）＜０，因此可由式（３）和式（４）化简为ｄＰａｒｒｄＤＭＰＰ＝０，ｄ２ＰａｒｒｄＤ２ＭＰＰ＜０。因此，输出功率和Ｄ的关系与图２中的Ｐ和Ｕ关系相似。从而可通过扰动Ｄ，实现输出功率的变化，并寻找出ＭＰＰ。由于输出电压即蓄电池的充电电压短期内变化不大，在进行Ｄ扰动寻找ＭＰＰ期间可近似认为恒定，因此输出功率的大小直接反应在输出电流即蓄电池的充电电流上，通过采样该充电电流值，从而判断出输出功率随Ｄ扰动的变化情况，以便进行ＭＰＰＴ。为了提高控制精度和驱动能力，单片机与开关管间加入了Ｄ／Ａ转换和ＰＷＭ芯片，图４示出其主电路拓扑。４最大功率点追踪（ＭＰＰＴ）电路寻找ＭＰＰ的工作原理可简述为：通过不断改变开关管驱动信号的Ｄ，直至蓄电池的充电电流达到最大，此刻即可认为太阳电池的输出功率达到最大，实现太阳电池的最大功率点追踪。在寻找ＭＰＰ过程中，根据Ｄ的扰动情况，输出功率有３类模式，对应９种大小关系。图５示出输出功率随Ｄ扰动的变化情况。根据上述模式变化，扰动开关管的Ｄ，当检测到当前输出功率与Ｄ的大小关系为模式２时，即可认为已搜寻到ＭＰＰ，同时将以该Ｄ进行工作。考虑到温度及光照条件的改变，太阳电池的输出参数不断变化，同时导致ＭＰＰ的漂移，单片机在经过设定时间后，将再一次做Ｄ的扰动，搜寻新的ＭＰＰ，以保证太阳电池的最大功率输出，从而有效利用太阳能。根据上述分析，编制了相关程序。图６示出其设计流程。
图３传统的充电电路图４主电路拓扑
图６软件设计流程图图中Ｉ———蓄电池的充电电流４４!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第８页）稳态时的灯电压ｕ
ｏ和灯电流ｉｏ仿真波形；
图６ｄ示出用Ｔｅｋ－１３８９Ｃ示波器采集到的电子镇流器稳态时的ｕｏ和ｉｏ实验波形。可见，ｕｏ和ｉｏ均接近频率为１００Ｈｚ的低频方波，此时灯端功率近似为恒定值，能保证金卤灯的稳定工作，有效抑制了声谐振现象。图７示出稳态时ＭＯＳＦＥＴ的驱动电压信号ｕｇＶＱ１和ｕｇＶＱ２波形。ｕｇＶＱ１和ｕｇＶＱ２在一个低频工作周期内都可分成高频驱动
和低频封锁两个阶段，并且这两个状态在ＶＱ１和ＶＱ
２
中交替出现。在前半个工作周期内，驱动ＶＱ１高频开关
工作，而ＶＱ２处于封锁状态；在后半个工作周期内，驱动ＶＱ２高频开关工作，ＶＱ１处于封锁状态。
４结论研究的７０Ｗ小功率金卤灯电子镇流器具有异常状态自动保护和稳态灯功率闭环控制。采用并联负载谐振电路和启动电压幅值限制可克服元件参数离散性对启动过程的影响，可保证灯可靠启动。采用３次谐波谐振方式可降低启动电流，提高可靠性。采用低频方波方式可有效抑制灯稳态工作时的声谐振。通过仿真与实验验证，设计的小功率金卤灯电子镇流器在启动及稳态工作情况下均能满足要求。
参考文献［１］周太明．光源原理与设计［Ｍ］．上海：复旦大学出版社，１９９３．［２］丁有生，郑继雨．电光源原理概论［Ｍ］．上海：上海科学技术文献出版社，１９９４．
［３］蒋光明．小功率金属卤化物灯电子镇流器述评［Ｊ］．照明工程学报，１９９４，（１２）：１６￣２１．图７稳态时ＭＯＳＦＥＴ的ｕｇＶＴ１和ｕｇＶＴ２波形
通过实验发现，在晴日里不同时刻的ＭＰＰ处，电路工作的Ｄ均变化不大。因此，为了避免搜寻过程中造成寻找时间太久及带来的能量浪费，下一时刻进行ＭＰＰ追踪的搜寻起点设定为上一次ＭＰＰ时的Ｄ值。５ＭＰＰＴ策略实验结果主电路的工作频率为１００ｋＨｚ，当搜寻到输出电流达到最大时，即认为该点为电路工作的ＭＰＰ，图７示出此刻的驱动信号Ｕｇｓ实验波形。可见，此时开关管的Ｄ≈０．６５，这与理论分析结果很吻合。表１给出由上述分析得到的传统电路与ＭＰＰＴ电路的对比性试验结果。由表１可见，传统太阳能充电电路中，１５Ｗ的Ｐａｒｒ最大值出现在早上温度不高、光照比较强的时
刻，但此时的利用率仅仅约为６８．４％；而采用带有ＭＰＰＴ功能的ＤＣ变换电路后，输出功率明显上升。６结论
ＬＥＤ灯的恒流驱动，对抑止光衰现象起到了很有效的作用；通过数模混和的方法，避免了单纯数字控制所带来的控制精度不高等问题，且单片机的智能控制，使得能够较快的寻找到最大功率点，提高了太阳能板的利用率及整个路灯照明系统的性能价格比。
参考文献［１］ＭＶｅｅｒａｃｈａｒｙ，ＴＳｅｎｊｙｕ，ＫＵｅｚａｔｏ．Ｖｏｌｔａｇｅ－ｂａｓｅｄＭａｘｉ－ｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｏｆＰＶＳｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＡｅｒｏｓｐ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｓｙｓｔ．，２００２，３８（１）：２６２～２７０．