太陽能照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、科技資訊Z(IU$ M HSCIENCE & TECHNOLOGY 1NFOFMMION資源打環(huán)境太陽能照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)侯俊楊萍（華南理匸大學(xué)電力學(xué)院廣東廣州510640）摘 要：針對冃而市場I：的a陽能路燈控制器.存在可需性不鬲.利川率不髙、件價(jià)比不高的現(xiàn)狀.木文菇于m片機(jī)控制搭建的 人陽能照明系統(tǒng).從人陽能圮大功率浪蹤.鬲電池的充電拎制，路燈驅(qū)動調(diào)光等方面進(jìn)行了研究和改進(jìn).同時為了達(dá)到島的照明效率. 木文使用了只冇小體積、K壽命以及低能址消耗的人功率門光LEMJ.并根據(jù)照明的需求以及蒂電池存儲的能城篡少.采取分段拎制LED燈的貳明亮度.進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能效果 關(guān)鍵詞，獨(dú)立光伏系統(tǒng) MP

2、PT多階段恒流充電 中圖分類兮：TK51文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ALEMi流驅(qū)動訓(xùn)光文樂編小 1672-3791 (2008) 05 (b)-0158-02隨若世界能滅危機(jī)的加劇.各國都在 尋求解決能源危機(jī)的辦法.一條道路是尋 求新能源和可再生能源的利用：刃-條足 J求新的節(jié)能技術(shù).降低能源的消耗.提島 能源的利用效率。太陽能LED路燈照明正 是作為以太陽能為能濛而且便用環(huán)保節(jié)能 的LED的照明系統(tǒng)而日益受到各國的取視。nifi市場上的人用能略燈控制器. 存在可賽性不高.利用率不高性價(jià)比不 高的現(xiàn)狀.英原因足未能實(shí)現(xiàn)對人陽能實(shí) 現(xiàn)垠人功率凰總.未能充分利用人陽能電 池，造成一次投入設(shè)備成木離其次對于 鬲電

3、池的充放電控制并未針対光伏系統(tǒng) 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).導(dǎo)致系統(tǒng)中岳電池長期處 于充電不足或者深度放電狀態(tài)導(dǎo)致蒂電池 易于損壞增加便用成木。最后對路燈并未 針對具體的進(jìn)行節(jié)能描施.也導(dǎo)致能源的 變相浪費(fèi)因此改善太陽能LED路燈的可 靠性,開發(fā)出性價(jià)比高的太陽能LED照明 控制能將會推動&陽能照明的秤及.圖I系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1太陽能LE0M用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)木文捉出的太陽陡照明系統(tǒng)包括太陽 能電池板.鉛酸箔電池.LED照明模塊以 及BUCK和BOOST電路。門天通過人陽能 電池板獲得的能星通過BUCK充電電路*儲 在蓄電池中.夜何蓄電池通過BOOST放電 電路向LED照明負(fù)載供電。此外采用 P1CI6F877單片

4、機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)扯人 務(wù)IW,多階段恒渝允電.LED恒流 及PWM調(diào)光功能。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示：在太陽能照明系統(tǒng)中.由于對太陽能 電池板和電池以及大功率白光LED的投 資在整個投資占很人比例.因此合理的選圖3 LED驅(qū)動電路圖2充電控制方梔圖次進(jìn)入（60Q 出） 功率赧巾v夜1龜12點(diǎn)SUO0.9ACuyc-0450<as）% 功冷放電凍總2焉以SOOO.fi電(V 3(120 以S<K>(>.7A(ST"返冋圖4放電控制流程圖科技資訊 SCIENCE & TEQINOLOGYINFORMATION© 1994-2009 China Ac

5、ademic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 科技資訊200» NTl M© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 科技資訊資源與環(huán)境擇個器件的容fit以及使用節(jié)能描施將冇 助r減少次性投入.増強(qiáng)系統(tǒng)的效率和 可靠性以廣州地區(qū)為例.負(fù)找LED輸入電壓 12V功耗3 5W.毎犬1：作時數(shù)8h.保證連 續(xù)陰雨天數(shù)7天.廣州地區(qū)峰值日照時數(shù) 約為3. 5hLEDU耗電址為

6、23. 3A1L則所需人陽能組件的總充電電流=1. 05 X 2M 3-r （3 5X 0. 85） =R 2A其中1. 05為太陽能電池組件系統(tǒng)綜合 損失系數(shù).0. 85為蒂電池充電效率。以選 擇開路電壓20V的太陽能電池為例.其址 大功率工作點(diǎn)電壓大約丸17V 那么太陽 能組件的址少總功率數(shù)=17X 8. 2=1 39W選用峰值輸出功率12 0Wp、單塊40Wp 的標(biāo)準(zhǔn)電池級件嘅可以滿足笳求.以需耍連續(xù)1：作7個陰甬天則捋電 池容敖需要21 3X 7=161 1 （AID.選用 2臺 12V. 100AII的岳電池就可以滿足要求。2改進(jìn)的充電控制和能量管理除了介理選擇以個器件容昴外.采用

7、最人功率眼蹤控制利優(yōu)化的充電策略也可 以提鬲系統(tǒng)效率利穩(wěn)定性.由于光伏系統(tǒng) 的特點(diǎn).采用MPPT與多階段恒流充電技 術(shù)相結(jié)合可以充分利用人陽能而達(dá)到快速 充電的冃的.21多階段恒流充電技術(shù)的應(yīng)用篡階段恒流控制方梅圖如圖2所示.一系 列的控制策略用丁調(diào)肯襦電池的控制過程。當(dāng)器電池電流商于最人畐電池電流 時.蓄電池的充電電流將會被減小.當(dāng)充電池的薔電池的電壓離于了最 人允許電爪.此時再電池將處于過沖狀態(tài). 此時蒂電池的眾人允電電流將被滅小。U 蓄電池電流減小到程序規(guī)定的垠小電流C/ 100時農(nóng)明薔電池C%允到100%節(jié)；此 時番電池充電電流將被限制到如圖中的恒 定值Itrick以補(bǔ)充爺電池的內(nèi)部損

8、耗。（3）如果蓄電池電壓低人允許電壓， 此時1UK電路的占空比調(diào)節(jié)將III MPPT程序 控制以便得太陽能電池處于垠大功率輸出 狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電樂低于最小電壓時.表 期此時蒂電池處于放電狀態(tài),暮電池最人 充電電流將被恢復(fù)到初值以備卜一次充電 狀態(tài)來臨以上變竝的初始值如農(nóng)格1中所示.垠 大蓄電池充電電流被限制在C/10以保護(hù)蓄 電池陰止其過熱.而最小戲電池充電電流 被限制在C/100.對干】2V岳電池由于過 沖法正在2. 4V/CC1L因此其最大蓄電池電 壓設(shè)定在14. 4而最小蓄電池電壓設(shè)定在 12. 7V以防止過沖過放降低蓄電池壽命.表1程序變fit輸出值lx41小祚電池4沆C/IOOJS大

9、林收淪電洸llbtf max）OI0於電注補(bǔ)兀電刊< Itrick?1).2 Aft ZJ' & 屯吃電ZEV hill ir. iiI2.7V畝丿.當(dāng)電迄二丄iVbtH.nm 1H.4V2. 2繪人功率垠蹤技術(shù)（MPPT）在蚯片機(jī)控制時.放人功率銀蹤程序 是以調(diào)整占空比來實(shí)現(xiàn).凋整過程如2-2 +|2|如呱4）"楓/： - /；_ ）（D 是0到I之間的恒定值.由于使用 8位的單丿機(jī).所以|AD|取值為1/256. D_ 申久分別拆第k-l和k步的占空比值 Dr折第k步時占空比的變化值,P一和P. 分別折第k-l fU k步的太陽能輸出功率v sign 3由如

10、下定義:Signtx） = 1 片2 0sign（x） = -1 x<0相對于程序執(zhí)行的警秒級時間,鬲電 池電壓在相對很長的時間是恒定的.因此 對于相鄰的兩步控制樣法占空比連續(xù)變 化時.備電池的狀態(tài)可以考慮是不變的。 根據(jù)以上控制棟法.可以使得人陽能穩(wěn)定 的工作與垠人功率工作點(diǎn).3大功率I光LED的使用人功率LED相對于傳統(tǒng)光源.在光效 上已經(jīng)達(dá)到其100倍.在功耗I：比傳統(tǒng)光 源節(jié)能9 0%.在音命上比傳統(tǒng)光源氏10 50倍。由于這些顯著優(yōu)點(diǎn).選用LED代替 傳統(tǒng)光源足一個必然而LED驅(qū)動電 路沒il的好壞將宜接影響到系統(tǒng)的生產(chǎn)成 木顯示的效果及系統(tǒng)的運(yùn)行忤能.3. 1大功率白光LED

11、t»流驅(qū)動對于白光LED存在產(chǎn)品匹配性差特 點(diǎn)導(dǎo)通時壓降從30-4. 0之間不等.因 此如果采用并聯(lián)驅(qū)動白光LED.需婆在毎 個LED串聯(lián)一個張流電限.避免電流出現(xiàn) 羞片，但是這些電阻浪級了功宰降低了效 率因此為了確保涼過每個白光LED電流 相同.需要采用巾聯(lián)模式.而相對于襦電 池的低電壓,需要采用升壓boosts足驅(qū) 動要求如圖3中所示使用TL494作為電 路控制1C.并通過反相器CD4049接入死 區(qū)控制實(shí)現(xiàn)LED的PWMiWJ光控制。3. 2節(jié)能LED調(diào)明控制方法如圖4所不，考慮到照明妁需求以及 鬲電池存儲的能址多少采取分段控制. 通過対LED燈的訓(xùn)明控制不僅町以*省、功 凈消

12、耗從而減小設(shè)條一次件投入.而冃延 長LED照明時間從而可以調(diào)配蓄電池能業(yè) 使得系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì).有效。1）門尺系統(tǒng)處于充電狀態(tài).LED燈SCIENCE & TECHNOLOGY熄滅.2）員昏：通過檢測人陽能電池板電壓. 判斷太陽能光線強(qiáng)弱.專人陽能電池電汗 降低小箔電池電爪時.農(nóng)明無仏滿足充 電要求.此時切斷充電冋路.靜置蒂電池10 分鐘.然麻蒂電池空戰(zhàn)電壓利用開路電爪預(yù) 測公式（3）預(yù)測畐電池剩余容址SOG(J.153）進(jìn)入夜晚：半第一次進(jìn)入放電控制. 根據(jù)預(yù)測的常電池容量設(shè)豎參數(shù)Case人小。4）夜晚12點(diǎn)以詢：為了滿足照明需求. 此時設(shè)計(jì)此時LED滿功率工作.5凌赧2點(diǎn)以前：考耀

13、行人及乍輛活動 的岐少此時兼顧蒂電池的存儲能雖.使 W LED減小到額定功率的（60-caso）%6）凌晨2點(diǎn)以后:由于此時車輛和行人 基木很少.此時可以進(jìn) 步減小LED的發(fā)光 亮度.使LED誠小到飆定功率的（50-case）4結(jié)語木文對太陽能照明系統(tǒng)汗先從器件容 屋的合理選擇以滿足系統(tǒng)運(yùn)行的前提減小 一次性投入費(fèi)用.然厲采取新的充電控制及 MPPT的運(yùn)用.改進(jìn)光伏系統(tǒng)中鬲電池充電 控制延長蓄電池的使用壽命。大功率LED 的便用也在增加系統(tǒng)的使用壽命的同時也 達(dá)到減小能源消耗的效果.最后根據(jù)蓄電 池的剩余容址以及照明的需求對于LED進(jìn) L調(diào)明控制可以進(jìn) 步込到紡能的效泉參考文獻(xiàn)1 E Kout

14、 roul is. K Kalai tzakis. "Novel Battery Charging Regulat ion System for Pliotovol taic Appl icat ion& M IEE Proc. Elect r. Power Appl. 151, 2 PR 191- 197. 20042 陳曉春唐禎安.基F人:功率白光LED的 電子警察閃光燈設(shè)計(jì)打?qū)崿F(xiàn)J人連理 工人學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)刊.2005.3 Tamohikoikeya. Nobuyuki Saw8d& Sakae Takagi* HMul t istep constantcurrent

15、 chargingmethod for electric vehicle valve-regulated lead/acid batteries during night t imc for loadlevel 1 in journal of Power Sources 75 （1998） 101-10Z4 G S Moa K S Ng. Y： R Chee Y C Hsieh "State-of-Charge Estimation wi th Opcn-Ci rcui t-Vol tagc for Lead- acid Batteries'IffiE 200ZJaiws II Aylon Al fredThicma MA Battery State-of-harge Indicator for Electric Wheelchair? IEEE 1992© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All right