風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈控制器的設(shè)計(jì)說明

1、風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈控制器設(shè)計(jì) 摘要隨著社會(huì)的日益進(jìn)步，人們已經(jīng)開始意識(shí)到礦產(chǎn)資源的不足，因此新型能源的開發(fā)和利用已經(jīng)變得更加重要。其中太陽能和風(fēng)能是最主要的兩種資源，無污染而且資源豐富。本文主要首先介紹了產(chǎn)生新能源的必要性與風(fēng)能和太陽能快速發(fā)展的背景。其次介紹了什么是風(fēng)光互補(bǔ)與風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)原理、技術(shù)結(jié)構(gòu)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)和風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成、風(fēng)光互補(bǔ)路燈的優(yōu)勢(shì)。然后介紹了什么是風(fēng)光互補(bǔ)控制器，風(fēng)光互補(bǔ)控制器的特點(diǎn)，風(fēng)光互補(bǔ)控制器的工作原理與風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器的結(jié)構(gòu)圖和電路原理圖。關(guān)鍵詞：控制器，工作原理，路燈，風(fēng)能，太陽能目錄12 / 141、緒論12、風(fēng)光互補(bǔ)的簡要概述12.1、風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)原理

2、22.2、風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)構(gòu)成22.3、風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)22.4、風(fēng)光互補(bǔ)的典型案例33、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)33.1、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成33.2、風(fēng)光互補(bǔ)路燈的優(yōu)勢(shì)34、風(fēng)光互補(bǔ)控制器54.1、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的概述54.2、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的特點(diǎn)與功能54.3、風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器的結(jié)構(gòu)圖64.4、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的原理圖74.5、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的工作原理7總結(jié)11致12參考文獻(xiàn)131、緒論隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)于能源的需求日益增加，目前我們所使用的能源基本上都是些礦產(chǎn)能源，但是這種化石燃料的燃燒造成環(huán)境污染，致使全球氣候變暖、冰山融化、海平面上升等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生和能源危機(jī)日益臨近，因此新型能源的出

3、現(xiàn)便顯得格外重要，新能源已經(jīng)成為今后世界上的主要能源之一。其中，風(fēng)能、太陽能等潔凈能源因他們本身無污染而備受人們的關(guān)注。太陽能、風(fēng)能作為未來的能源是一種非常理想的清潔能源。近年來由于人們對(duì)能源、環(huán)境問題的日益關(guān)注，太陽能、風(fēng)能的應(yīng)用與普與越來越受到人們的重視。若能合理地利用太陽能、風(fēng)能將會(huì)為人類提供充足的能源。對(duì)太陽能、風(fēng)能技術(shù)而言，照明應(yīng)用并非是其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，也不是最能體現(xiàn)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，但就其作為能源的表現(xiàn)形式來說，太陽能、風(fēng)能在照明領(lǐng)域的互補(bǔ)應(yīng)用最直觀。而在當(dāng)前技術(shù)水平下，太陽能、風(fēng)能技術(shù)作為能源的高成本、低效率是不容回避的問題，特別是在單體照明應(yīng)用中，如不與LED技術(shù)相結(jié)合，按照

4、常規(guī)設(shè)計(jì)太陽能、風(fēng)能照明系統(tǒng)，往往要面對(duì)系統(tǒng)變換效率低與經(jīng)濟(jì)效益不佳等問題。LED因具有低能耗、直流工作等優(yōu)勢(shì)，成為配合風(fēng)光互補(bǔ)路燈照明光源的理想產(chǎn)品。就目前技術(shù)和政策而言，在我國最有希望快速普與應(yīng)用太陽能、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的領(lǐng)域，應(yīng)是風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈照明工程。LED是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。在通用照明領(lǐng)域，LED照明燈具有體積小、重量輕、方向性好、節(jié)能、壽命長、容易控制、耐受各種惡劣環(huán)境條件等優(yōu)點(diǎn)，是典型的綠色照明光源。尤其隨著大功率白光LED的研發(fā)成功，使它在照明領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。LED作為新型固態(tài)綠色光源與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于路燈領(lǐng)域，是可再生能源與高新

5、固態(tài)綠色光源的結(jié)合，與其他電能變換技術(shù)和照明技術(shù)相比更加符合產(chǎn)業(yè)政策與推廣應(yīng)用的市場。2、風(fēng)光互補(bǔ)的簡要概述風(fēng)光互補(bǔ)，是一套發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（將交流電轉(zhuǎn)化為直流電）將發(fā)出的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負(fù)載處。是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。其中，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站是針對(duì)通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠(yuǎn)牧區(qū)、無電戶地區(qū)與海島，在遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，處于無電狀態(tài)、人煙稀少，用電負(fù)荷低且交通不便的情況下，利用本地區(qū)充裕的風(fēng)能、太陽能建設(shè)的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用性發(fā)電站。2.1、風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)原理

6、風(fēng)光互補(bǔ)是一套發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（將交流電轉(zhuǎn)化為直流電）將發(fā)出的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^輸電線路送到用戶負(fù)載處。是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜與支撐和輔助件等組成一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，將電力并網(wǎng)送入常規(guī)電網(wǎng)中。夜間和陰雨天無時(shí)由風(fēng)能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽的情況下兩者同時(shí)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風(fēng)機(jī)和太陽能更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用。適

7、用于道路照明、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、種植、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、廣告業(yè)、服務(wù)業(yè)、港口、山區(qū)、林區(qū)、鐵路、石油、部隊(duì)邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號(hào)站、地質(zhì)勘探和野外考察工作站與其它用電不便地區(qū)。2.2、風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)構(gòu)成1.發(fā)電部分：由1臺(tái)或者幾臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板矩陣組成，完成風(fēng)電；光電的轉(zhuǎn)換，并且通過充電控制器與直流中心完成給蓄電池組自動(dòng)充電的工作。 2. 蓄電部分：由多節(jié)蓄電池組成，完成系統(tǒng)的全部電能儲(chǔ)備任務(wù)。 3. 充電控制器與直流中心部分：由風(fēng)能和太陽能充電控制器、直流中心、控制柜、避雷器等組成。完成系統(tǒng)各部分的連接、組合以與對(duì)于蓄電池組充電的自動(dòng)控制。 4.供電部分：由一臺(tái)或者幾臺(tái)逆變電

8、源組成，可把蓄電池中的直流電能變換成標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電能，供給各種用電器。2.3、風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光電板、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、系統(tǒng)控制器、蓄電池組和逆變器等幾部分組成，發(fā)電系統(tǒng)各部分容量的合理配置對(duì)保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠性非常重要。 由于太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時(shí)，風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。2.4、風(fēng)光互補(bǔ)的典型案例2009年中國兵器裝備集團(tuán)自主研制了一套具有國先進(jìn)水平的40千瓦風(fēng)光互補(bǔ)示發(fā)電站，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站成功建成并投入運(yùn)行。該

9、系統(tǒng)為兵器裝備集團(tuán)自主開發(fā)生產(chǎn)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，除了實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，還具有以下三方面優(yōu)勢(shì)：一是高精度實(shí)時(shí)跟蹤太陽位置，使光伏系統(tǒng)日發(fā)電量比傳統(tǒng)的固定式系統(tǒng)提高了30%以上；二是自主研制的并網(wǎng)逆變器技術(shù)水平先進(jìn)，部分指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，確保發(fā)電站可靠高效運(yùn)行；三是采用了風(fēng)光合一的調(diào)度與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了柔性并網(wǎng)發(fā)電，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 這標(biāo)志著兵器裝備集團(tuán)成功進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電新能源領(lǐng)域，并同時(shí)擁有了太陽能、風(fēng)能兩大綠色能源產(chǎn)業(yè)，為兩大綠色能源產(chǎn)業(yè)找到了一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，對(duì)兵器裝備集團(tuán)進(jìn)入國外風(fēng)光合一發(fā)電市場打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。3、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)3.1、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的組成風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)完全利用風(fēng)力和太能

10、為路燈供電，無需外接市電網(wǎng)。系統(tǒng)兼具風(fēng)能和太陽能產(chǎn)品的雙重優(yōu)點(diǎn)，由風(fēng)力和太陽能協(xié)同發(fā)電，電能儲(chǔ)存于蓄電池中，自動(dòng)感應(yīng)外界光線變化，無需人工操作。主要適用于道路供電以與景觀照明燈。 風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板、風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器、風(fēng)光互補(bǔ)專用蓄電池與LED路燈光源幾個(gè)主要部件和燈桿，太陽能電池板支架等相關(guān)配件組合而成,利用風(fēng)能和太陽能環(huán)保能源作為動(dòng)力的新型節(jié)能路燈系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)與太陽能電池板,充分利用風(fēng)力和太陽能資源,為路燈系統(tǒng)提供源源不斷的能源。當(dāng)夜幕降臨時(shí),路燈控制器向LED光源發(fā)出亮燈指令,LED風(fēng)光互補(bǔ)路燈光源通過蓄電池所儲(chǔ)存的電能自動(dòng)點(diǎn)亮,當(dāng)LED風(fēng)光光源亮燈時(shí)間

11、到達(dá)控制器預(yù)先設(shè)定的時(shí)間,LED光源自動(dòng)熄滅,由充電到亮燈到最后關(guān)燈,整個(gè)過程完全由風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器自動(dòng)完成,無需人工干預(yù)。3.2、風(fēng)光互補(bǔ)路燈的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的風(fēng)能或太陽能單一發(fā)電系統(tǒng)會(huì)造成我國的大部分地區(qū)在特定的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)能源部夠用的枯竭，而如果采用風(fēng)光互補(bǔ)就可以解決單一能源的不足。了解了大部分城市，我國在風(fēng)光互補(bǔ)的路燈上面運(yùn)用的幾乎沒有，現(xiàn)在路燈已經(jīng)成為我們城市建設(shè)的必不可少的設(shè)施，然而我國目前所用的絕大多數(shù)都是單一的傳統(tǒng)供給電能。城市的發(fā)展，道路的建設(shè)，路燈的架設(shè)，這是多么龐大的能源消耗，在這個(gè)能源短缺的時(shí)代，怎能如此消耗？尋去新的措施減少能源的消耗但又不能影響城市的發(fā)展，就要尋找能夠代

12、替的能源，這也成為我所寫的課題的重要關(guān)鍵所在，根據(jù)上述的介紹也能初步了解了風(fēng)光互補(bǔ)能源的利用，既不浪費(fèi)大量的能源消耗，又不污染環(huán)境的風(fēng)光互補(bǔ)新型路燈就成為我們新型城市的環(huán)保低碳生活的大勢(shì)所需。風(fēng)電和光電系統(tǒng)都存在一個(gè)共同的缺陷，就是資源的不確定性導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都必須通過蓄電池儲(chǔ)能才能穩(wěn)定供電，但每天的發(fā)電量受天氣的影響很大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的蓄電池組長期處于虧電狀態(tài)，這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置，即可保證系統(tǒng)供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)。無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求，風(fēng)光互

13、補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)都可作出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案來滿足用戶的要求。應(yīng)該說，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是最合理的獨(dú)立電源系統(tǒng)。目前，推廣風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的最大障礙是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性問題。風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈與傳統(tǒng)路燈相比，LED風(fēng)光互補(bǔ)路燈具備以下優(yōu)勢(shì)： 日夜發(fā)電、智能控制、節(jié)能減排、獨(dú)立發(fā)電、安裝簡單、符合節(jié)能型社會(huì)的發(fā)展方向。節(jié)能減排，集約環(huán)保，無后期大量電費(fèi)支出。資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)正成為大勢(shì)所趨。對(duì)比傳統(tǒng)路燈，風(fēng)光互補(bǔ)路燈以自然中可再生的太陽能和風(fēng)能為原料，不消耗任何燃料，間接將排放空氣中的污染降低為零。長久下來，對(duì)環(huán)境的保護(hù)不言而喻，同時(shí)也免除了后期大量電費(fèi)支出的成本。 免除電纜鋪線工程，無需大

14、量供電設(shè)施建設(shè)。市電照明工程作業(yè)程序復(fù)雜，纜溝開挖、敷設(shè)暗管、管穿線、回填等基礎(chǔ)工程，需要大量人工；同時(shí)，變壓器、配電柜、配電板等大批量電氣設(shè)備，也要耗費(fèi)大量財(cái)力。風(fēng)光互補(bǔ)路燈則不會(huì)，每個(gè)路燈都是單獨(dú)個(gè)體，無需鋪纜，無需大批量電氣設(shè)備，省人力又省財(cái)力。個(gè)別損壞不影響全局，不受大面積停電影響。由于常規(guī)路燈是電纜連接，很可能會(huì)因?yàn)閭€(gè)體的問題，而影響整個(gè)供電系統(tǒng)；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電路燈則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。分布式獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，個(gè)別損壞不會(huì)影響其他路燈的正常運(yùn)行，即使遇到大面積停電，亦不會(huì)影響照明，不可控制損失因此大幅降低。 節(jié)約大量電纜開銷，更免受電纜被盜的損失。 電網(wǎng)普與不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)安裝路燈，架線安裝成

15、本高，并會(huì)有嚴(yán)重的偷盜現(xiàn)象。一旦偷盜，影響整個(gè)電力輸出，損失巨大。使用風(fēng)光互補(bǔ)路燈則不會(huì)有此顧慮，每個(gè)路燈獨(dú)立，免去電纜連接，即使發(fā)生偷盜現(xiàn)象也不會(huì)影響其他路燈的正常運(yùn)作，將損失降到最低。智能控制，免除人工操作，施工簡單，維護(hù)方便。 風(fēng)光互補(bǔ)路燈由智能控制器控制，可分為時(shí)控、光控二種自動(dòng)控制方式，兼具安全性和經(jīng)濟(jì)性；自身獨(dú)立一體的供電系統(tǒng)，不受大面積電路施工干擾，工序簡單，工期短，維護(hù)更加方便。 4、風(fēng)光互補(bǔ)控制器4.1、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的概述風(fēng)光互補(bǔ)控制器是專門為風(fēng)能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的；集風(fēng)能控制、太陽能于一體的智能型控制器。充分利用風(fēng)能和光能資源發(fā)電，可減少采用單一能源可能造成的電力供應(yīng)

16、不足或不平衡的情況。設(shè)備不僅能夠高效率地轉(zhuǎn)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板所發(fā)出的電能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，而且還提供了強(qiáng)大的控制功能。風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)最主要的部件，起著對(duì)其它部件發(fā)號(hào)師令與協(xié)同工作的主要作用，尚能系列風(fēng)光互補(bǔ)控制器，集光控亮燈，時(shí)控關(guān)燈，自動(dòng)功率跟蹤,自動(dòng)泄荷，過充過放保護(hù)功能于一身，性能穩(wěn)定可靠，得到客戶的一致好評(píng)。太陽能電池板采用目前轉(zhuǎn)換率最高的單晶硅太陽能電池板，大大提升了太陽能的發(fā)電效能，有效改善了當(dāng)風(fēng)資源不足的情況下,太陽能電池板因轉(zhuǎn)換率不足,導(dǎo)致充電不足,無法保證燈正常亮燈的問題。尚能風(fēng)光互補(bǔ)路燈采用高性能大容量免維護(hù)鉛酸電池,為風(fēng)光互補(bǔ)路燈提供充足的電

17、能,保證了陰雨天時(shí)LED風(fēng)光互補(bǔ)路燈光源的亮燈時(shí)間,大大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.2、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的特點(diǎn)與功能采用先進(jìn)的MPPT功率跟蹤技術(shù)，可電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控，軟件升級(jí)和參數(shù)設(shè)置，時(shí)控模式下自動(dòng)學(xué)習(xí)天黑、天亮?xí)r間，自動(dòng)開燈至指定時(shí)長，具有晨亮功能，LCD和指示燈顯示風(fēng)光互補(bǔ)控制器運(yùn)行狀況，具有2路負(fù)載獨(dú)立輸出功能，具有風(fēng)力發(fā)電機(jī)智能停機(jī)系統(tǒng)。(1)、高性能智能風(fēng)光互補(bǔ)控制器的主要特點(diǎn)：采用先進(jìn)的MPPT功率跟蹤技術(shù),保證風(fēng)能和太陽能的最高利用，可電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控，軟件升級(jí)和參數(shù)設(shè)置，智能化軟件控制，控制精確，具有風(fēng)力發(fā)電機(jī)智能停機(jī)系統(tǒng)，具有溫度傳感器自動(dòng)識(shí)別功能，良好的人機(jī)界面，LCD和指示燈顯示風(fēng)

18、光互補(bǔ)控制器運(yùn)行狀況，自動(dòng)累計(jì)輸出電量(2)、高性能智能風(fēng)光互補(bǔ)控制器的主要功能：a. 白天對(duì)太陽能電池板的電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，通過MPPT 算法追蹤太陽能電池板最大輸出功率點(diǎn)，使太陽能電池板以最大輸出功率給蓄電池充電，并控制太陽能電池對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的方式；b. 控制光電互補(bǔ)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，晚上控制蓄電池放電，驅(qū)動(dòng)LED 負(fù)載照明；當(dāng)在太照不足或陰雨天氣，蓄電池放電電壓達(dá)最低電壓時(shí)，能自動(dòng)切換到市電供LED 路燈點(diǎn)亮；c. 對(duì)蓄電池實(shí)行過放電保護(hù)、過充電保護(hù)、短路保護(hù)、反接保護(hù)和極性保護(hù)；d. 控制LED 燈的開關(guān)，通過對(duì)外環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以控制LED 燈開燈、關(guān)燈時(shí)間。4.3、風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器的結(jié)

19、構(gòu)圖圖1、風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器的結(jié)構(gòu)圖4.4、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的原理圖 風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈控制器的原理圖如圖2所示：圖2、 風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器原理圖4.5、風(fēng)光互補(bǔ)控制器的工作原理在風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈中，控制器主要包括風(fēng)電控制單元、光電控制單元和蓄電池充放電控制單元三部分?？刂撇糠指鶕?jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小與負(fù)載的變化、蓄電池的充電狀況來控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能電池陣列的運(yùn)行方式和開斷情況，不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)，一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，從而保證負(fù)載的正常供電以與系統(tǒng)各個(gè)部分的安

20、全運(yùn)行和整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性?？刂破魇怯梢恍╇娮釉骷M成，如電阻、電容、半導(dǎo)體器件、繼電器等組成。簡單地說，控制器就是一個(gè)“開關(guān)”。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電部分，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)整流后，如蓄電池電壓低于系統(tǒng)設(shè)定的電壓時(shí)，控制器使充電電路接通，風(fēng)力發(fā)電機(jī)向蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電匪上升達(dá)到保護(hù)電壓時(shí)，充電控制開關(guān)電路截止，風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止向蓄電池充電，以免蓄電池過充電。但是，根據(jù)蓄電池的充電特性，這時(shí)，蓄電池電壓會(huì)慢慢下降，為防止蓄電池充電不足，當(dāng)其電壓下降到一定值時(shí)，充電控制開關(guān)導(dǎo)通，對(duì)蓄電池進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)充充電，該狀態(tài)一直保持到下一次充電保護(hù)為止?？刂破魇钦麄€(gè)風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈的管理和控制的

21、關(guān)鍵部件，它的最大功能是對(duì)蓄電池進(jìn)行全面的管理，高性能的控制器應(yīng)當(dāng)根據(jù)蓄電池的特性，設(shè)定各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)，比如蓄電池的過充點(diǎn)、過放點(diǎn)，恢復(fù)連接點(diǎn)等。在選擇控制器時(shí)，特別需要注意控制器恢復(fù)連接點(diǎn)參數(shù)，由于蓄電池有電壓自恢復(fù)特性，當(dāng)蓄電池處于過放電狀態(tài)時(shí)，控制器切斷負(fù)載，隨后蓄電池電壓恢復(fù)，如果控制器各參數(shù)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)，則可能縮短蓄電池和用電負(fù)載的使用壽命。在風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈中的控制器必須具備蓄電池過充保護(hù)、過放保護(hù)、防反接等保護(hù)功能。在溫差較大的地方，控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能，還應(yīng)具有光控、時(shí)控功能，并應(yīng)具有夜間自動(dòng)切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長路燈工作時(shí)間。對(duì)于風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈的設(shè)計(jì)，成功與失

22、敗往往就取決于控制器的選型設(shè)計(jì)，沒有一個(gè)性能良好的控制器，就不可能有一個(gè)性能良好的風(fēng)先互卒HLED路燈?？刂破鞣乐狗闯潆姽δ艿膶?shí)現(xiàn)方法是在發(fā)電回路中串聯(lián)一個(gè)二極管防止反充電，這個(gè)二極管應(yīng)選用肖特基二極管，肖特基二極管的壓降比普通二極管低。另外，還可以用場效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)防止反充電功能，它的管壓降比肖特基二極管更低。而控制器的防過充電控制功能的實(shí)現(xiàn)方法是在輸入回路中串聯(lián)或者并聯(lián)一個(gè)泄放晶體管，由電壓鑒別電路控制晶體管的開關(guān)，將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電部分產(chǎn)生的過盈電能通過晶體管泄放，保證沒有過高的電壓給蓄電池充電?？刂破鞯姆肋^放電功能的實(shí)現(xiàn)方法是設(shè)置放電截止電壓，因風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈的負(fù)載功率相對(duì)于蓄電池是小

23、倍率放電，所以放電截止電壓不宜過低。由于蓄電池電壓控制點(diǎn)是隨著環(huán)境溫度而變化的，所以風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈的控制器應(yīng)該有一個(gè)受溫度控制的基準(zhǔn)電壓。對(duì)于單節(jié)鉛酸蓄電池是- 3- 7mV/，通常選用- 4mV?？刂齐娐肥侵缚刂浦麟娐返目刂苹芈?，通常包括檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路等。本文設(shè)計(jì)選擇美國Microchip公司開發(fā)生產(chǎn)的PIC16F877A單片機(jī)作為控制芯片，由于其計(jì)算速度等性能比普通單片機(jī)高，且價(jià)格比高級(jí)信號(hào)處理器（DSP）低，所以得到廣泛應(yīng)用。PIC16F877A具有以下功能和特點(diǎn)：(1) 屬于精簡指令集(RISC)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，只有35個(gè)匯編語言指令，且每一條指令都固定為14位長；(2

24、) 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，它的程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以與堆棧可以靈活設(shè)計(jì)；(3) 工作頻率圍為DC20MHz，具有上電復(fù)位和掉電鎖定復(fù)位兩種重置功能；(4) 3個(gè)定時(shí)器(Timer)，除了具有最基本的定時(shí)器功能外，還有捕捉、比較、產(chǎn)生PWM信號(hào)等功能；(5) 12個(gè)外部中斷源，共享一個(gè)中斷向量(位于程序存儲(chǔ)器的004H處)；(6) RS232串行通信接口；(7) 8個(gè)8位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)；(8) 采用Flash程序存儲(chǔ)器芯片，產(chǎn)品可以多次編程，可以隨意擦寫芯片程序；(9) I/O端口驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力較強(qiáng)，輸出引腳可以驅(qū)動(dòng)2050mA的負(fù)載。此外，PIC16F877A單片機(jī)還有外接電路簡潔、驅(qū)動(dòng)

25、能力強(qiáng)、尋址空間設(shè)計(jì)簡潔、代碼壓風(fēng)光互補(bǔ)控制器需要對(duì)太陽能電池板輸出電壓、風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流輸出電壓、蓄電池端電壓、光伏充電電流和風(fēng)力發(fā)電充電電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，才能實(shí)現(xiàn)控制功能。由于太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池三者的電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)基本一樣，電流檢測(cè)電路也基本一樣，故本文只介紹蓄電池電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)電路，其電縮率高等特點(diǎn)，這些功能和特點(diǎn)已足夠一般控制器的各種應(yīng)用需求。風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器利用太陽電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲(chǔ)存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或光電板周圍光照較低時(shí)，蓄電池通過控制器向光源供電，通過設(shè)定一定的時(shí)間后切斷?？刂破鞑捎肞WM無級(jí)卸

26、載方式控制風(fēng)機(jī)和太陽能電池對(duì)蓄電池進(jìn)行智能充電。在太陽電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能超過蓄電池存儲(chǔ)量時(shí)，控制系統(tǒng)必須將多余的能量消耗掉。普通的控制方式是將整個(gè)卸荷全部接上，此時(shí)蓄電池一般還沒有充滿，但能量卻全部被消耗在卸荷上，從而造成了能量的浪費(fèi)。有的則采用分階段接上卸荷，階段越多，控制效果越好，但一般只能做到五六級(jí)左右，所以效果仍不夠理想。最好的控制方式是采用PWM（脈寬調(diào)制）方式進(jìn)行無級(jí)卸載，即可以達(dá)到上千級(jí)的卸載。所以，在正常卸載情況下，可確保蓄電池電壓始終穩(wěn)定在浮充電壓點(diǎn)，而只是將多余的電能釋放到卸荷上。從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用。由于蓄電池只能承受一定的充電

27、電流和浮充電壓，過電流和過電壓充電都會(huì)對(duì)蓄電池造成嚴(yán)重的損害。WIN POWER控制器通過單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的充電電壓和充電電流，并通過控制風(fēng)機(jī)充電電流和光伏充電電流來限制蓄電池的充電電壓和充電電流，確保蓄電池既可以充滿，又不會(huì)損壞。從而確保了蓄電池的使用壽命。WIN POWER控制器采用液晶顯示蓄電池電壓和充電電流，使得用戶能夠直觀了解蓄電池的電壓狀態(tài)，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加人性化。數(shù)字化智能控制，核心器件采用功能強(qiáng)大的單片機(jī)進(jìn)行控制，使得外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，且控制方式和控制策略靈活強(qiáng)大，從而確保了優(yōu)異的性能和穩(wěn)定性。另外，WIN POWER控制器具有完善的保護(hù)功能，包括：防雷、太陽能防反充、過電壓自動(dòng)剎車、蓄電池反接和開路保護(hù)等。核心控制元件采用美國原裝微控制器，功率器件則采用優(yōu)質(zhì)的美國原裝IR器件。設(shè)備充電效率高，空載損耗低。經(jīng)大量實(shí)踐證明，該系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，使用壽命長。具有較高的性能價(jià)格比。總 結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)我了解到了風(fēng)光互補(bǔ)是一套發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池