LED路燈驅動的太陽能與市電互補控制研究

2020-12-15 電子產品世界

　　光電互補LED 路燈照明系統就是以太陽能電池發電為主，以普通220V交流電補充電能為輔的路燈照明系統，採用此系統，光伏電池組和蓄電池容 量可以設計得小一些，基本上是當天白天有陽光，當天就用太陽能發電同時給蓄電池充電，到天黑時蓄電池放電把負載LED 點亮。在我國大部分地區，全年基本上都有三分之二以上的晴朗天氣，這樣該系統全年就有三分之二以上的時間用太陽能照亮路燈，剩餘時間用市電補充能量，既減 小了太陽能光伏照明系統的一次性投資，又有著顯著的節能減排效果，是太陽能LED路燈照明在現階段推廣和普及的有效方法。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/325785.htm

　　1 光電互補LED 照明系統設計

　　1.1 LED 照明負載

　　假設光電互補LED 路燈燈杆高度為10m，光照光通量大約25 lm，選用1W、3.3V、350mA 的LED 燈組成兩路路燈，每一路14 串2 並共28W，兩路為56W。設路燈每天平均照明10 小時，LED 路燈前5 小時全亮，後5 小時亮度減半，即電池消耗減少一半。

　　所需實際驅動電流為：

　　350mA×2×2=1.4A

　　每天以10 小時計算，負載所需安時數為：

　　1.4A×5h+1.4A×0.5×5h=10.5Ah

　　電壓為：

　　3.3V×14=46.2V

　　1.2 蓄電池組容量設計

　　1.2.1 蓄電池的選用

　　太陽能路燈用蓄電池由於頻繁處於充電、放電循環中，而且會經常發生過充或深度放電等情況，因此蓄電池工作性能和循環壽命成為最受關注的問題。閥控式密閉 型鉛酸電池具有不需要維護、不向空氣中排出氫氣和酸霧、安全性好、價格低等優點，因而被廣泛應用。蓄電池過充電、過放電以及蓄電池環境溫度等都是影響蓄電 池壽命的重要因素，所以在控制器中要重點採取保護措施。

　　1.2.2 蓄電池組容量的計算

　　在光電互補路燈系統中，是靠 太陽能和市電互補對LED 路燈進行供電的。由於太陽光隨天氣變化差別很大，白天太陽光強時，太陽能電池板給蓄電池充電;晚上蓄電池給負載供電。陰天時，負載用電從蓄電池取得，當蓄 電池放電電壓降到最低允許限度時，自動轉為市電補給。蓄電池的容量對保證可靠性供電很重要，電池容量過大導致成本價格升高，容量過小，又不能充分利用太陽 能達到節能的目的。

　　蓄電池容量Bc 計算公式：

　　Bc = A×QL×NL×T0/CC Ah (1)

　　式(1)中A 為安全係數，取1.1～1.4 之間，本式為A=1.2;QL 為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時，QL=10.5Ah;NL 為最長連續陰雨天數，由於採用光電互補，故可以取NL=1 天;T0 為溫度修正係數，一般在0℃以上為1.1，- 10℃以下取1.2，本式取T0=1.1;CC 為蓄電池放電深度，一般鉛酸電池取0.75，鹼性鎳鎘蓄電池取0.8，本式中CC =0.75。

　　因此，Bc = A×QL×NL×T0/CC=1.2 ×10.5 ×1×1.1/0.75=18.5Ah，實際設計中，我們選用48V、40Ah 免維護閥控密封鉛酸蓄電池。

　　1.2.3 太陽能電池方陣設計

　　太陽能電池組件以一定數目串聯起來，可獲得所需要的工作電壓。但是太陽能電池的串聯必須適當，串聯數太少，串聯電壓低於蓄電池浮充電壓，太陽能電池組方陣就不能對蓄電池充電;若串聯數太多，使輸出電壓遠高於浮充電壓時，充電電流也不會有明顯增加。因此，只有當太陽能電池組件串聯電壓等於合適充電電壓時，才能達到最佳狀態。

　　太陽能電池組的輸出電壓一般取蓄電池電壓的1.2～1.5 倍，當取1.35 倍時，蓄電池電壓為48V×1.35=64.8V，此處取65V。

　　若當天無太陽光時，蓄電池晚上給負載放電容量為：

　　Bcb = A×QL×NL = 1.2×10.5×1 = 12.6Ah

　　鄭州地區按5 小時太陽光給蓄電池充電，電流為：

　　I = 12.6Ah/5h = 2.52A

　　所以太陽能電池方陣功率為：

　　P = UI = 65V×2.52A = 163.8W

　　實際可採用4 塊36V 48W 太陽能電池板，共192W，分兩組，每組2 塊串聯，電壓為72V。

　　2 控制器及工作原理簡介

　　2.1 光電互補LED 路燈控制器系統結構

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