中心議題：

• 太陽能路燈的原理及組成
• 太陽能路燈的照明控製係統

解決方案：

• 太陽能路燈的照明控製係統

suizhequanqiunengyuanderiyijinzhang，taiyangnengguangfuzhaomingdedaolexunsufazhan。zaitaiyangnengzhaomingxitongdefazhanzhong，renmenbuduandeduizhaomingxitongchangyongdekongzhimoshijinxingfenxi，shejigezhongshijikexingdegongzuomoshi
，tongshiguangyuanjishuyezaibuduandegengxinhuandaizhong
，xudianchidechongdianmoshiyezaibuduandeyanjiutansuozhong，youxiaoliyonglvyuelaiyuegao。zaitaiyangnenggegezuchengbufendefazhanhexietiaozhong，taiyangnengzhaomingxitongzhengzaibuduanfazhanwanshan。

1 太陽能燈的原理及組成

太陽能燈具係統為直流型獨立光伏係統。太陽能電池zujianjiangtaiyangnengzhuanhuaweidianneng，tongguokongzhiqijinxingkongzhijibaohu
，jiangdiannengzhuanbianweihuaxuenengchucunzaixudianchizhong。dangyongdianshi，xudianchizaijianghuaxuenengzhuanhuaweidianneng，gongzhiliufuzaishiyong，huozhetongguonibianqinibianweijiaoliudiangongjiaoliufuzaishiyong。zhiyoudangchangshijianwuguangzhaoyizhidianchizhongdediannengyongwanshi，zhegezhuangzhicaitingzhigongzuo。

太陽能路燈由以下幾個部分組成：太陽能電池板、太陽能控製器、蓄電池組、光源、燈杆及燈具外殼
，有的還要配置逆變器。

1）太陽能電池板
太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)是(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)中(zhong)的(de)核(he)心(xin)部(bu)分(fen)，也(ye)是(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)中(zhong)價(jia)值(zhi)最(zui)高(gao)的(de)部(bu)分(fen)。其(qi)作(zuo)用(yong)是(shi)將(jiang)太(tai)陽(yang)的(de)輻(fu)射(she)能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)能(neng)
，或(huo)送(song)至(zhi)蓄(xu)電(dian)池(chi)中(zhong)存(cun)儲(chu)起(qi)來(lai)。太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)主(zhu)要(yao)用(yong)單(dan)晶(jing)矽(gui)、多晶矽為材料。單晶矽的光電轉換效率為13％～15％，多晶矽為11％～13％。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。

2）太陽能控製器
太陽能燈具係統中最重要的一環是控製器，其性能直接影響到係統壽命
，特別是蓄電池的壽命。控製器用工業級MCU做主控製器，通過對環境溫度的測量，對蓄電池和太陽能電池組件電壓、電流等參數的檢測判斷，控製MOSFET器件的開通和關斷
，達到各種控製和保護功能。

3）蓄電池
由於太陽能光伏發電係統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池係統才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首(shou)先(xian)在(zai)能(neng)滿(man)足(zu)夜(ye)晚(wan)照(zhao)明(ming)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)
，把(ba)白(bai)天(tian)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)的(de)能(neng)量(liang)盡(jin)量(liang)存(cun)儲(chu)下(xia)來(lai)，同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)能(neng)夠(gou)存(cun)儲(chu)滿(man)足(zu)連(lian)續(xu)陰(yin)雨(yu)天(tian)夜(ye)晚(wan)照(zhao)明(ming)需(xu)要(yao)的(de)電(dian)能(neng)。蓄(xu)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)過(guo)小(xiao)不(bu)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)夜(ye)晚(wan)照(zhao)明(ming)的(de)需(xu)要(yao)，容(rong)量(liang)過(guo)大(da)
，一(yi)方(fang)麵(mian)蓄(xu)電(dian)池(chi)始(shi)終(zhong)處(chu)在(zai)虧(kui)電(dian)狀(zhuang)態(tai)，影(ying)響(xiang)蓄(xu)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)，同(tong)時(shi)造(zao)成(cheng)浪(lang)費(fei)。蓄(xu)電(dian)池(chi)應(ying)與(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關係。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，係統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20%～30%，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。

4）光源
太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節能燈

、低壓鈉燈
、無極燈
、LED光源。

LED燈光源壽命長，可達1000000小時，工作電壓低，不需要逆變器
，光效較高，國產50lm/W
，進口80lm/W。隨著技術進步，LED的性能將進一步提高。

5）燈杆及燈具外殼燈杆的高度
燈杆及燈具外殼燈杆的高度應根據道路的寬度
、燈deng具ju的de間jian距ju，道dao路lu的de照zhao度du標biao準zhun確que定ding。燈deng具ju外wai殼ke根gen據ju我wo們men收shou集ji了le許xu多duo國guo外wai太tai陽yang燈deng資zi料liao

，在zai美mei觀guan和he節jie能neng之zhi間jian，大da多duo數shu都dou選xuan擇ze節jie能neng，燈deng具ju外wai觀guan要yao求qiu不bu高gao，相xiang對dui實shi用yong就jiu行xing。

2 太陽能路燈照明控製係統

1）係統結構
太陽能路燈微機監控係統由微機主控線路
、太陽能電池板、蓄電池充放電器、蓄電池組、LED光源驅動和LED燈等幾部分組成。係統組成結構如圖1所示：

圖1 太陽能路燈微機監控係統組成結構

（1）微機主控線路
微機主控線路是整個係統的控製核心，控製整個太陽能路燈係統的正常運行。微機主控線路具有測量功能，通過對太陽能電池板電壓、蓄電池電壓等參數的檢測判斷，控製相應線路的開通或關斷，實現各種控製和保護功能。

（2）充電驅動線路
充電驅動線路由MOSFET驅動模塊及MOSFET組成。MOSFET驅動模塊采用高速光耦隔離，發射極輸出
，有短路保護和快速關斷功能。選用的MOSFET為隔離式
、節能型單片機開關電源專用IC，驅動LED的全電壓輸入範圍為150～200V，輸出電流為8～9A。輸入電壓範圍寬，具有良好的電壓調整率和負載調整率，抗幹擾能力強，低功耗。
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本係統通過充電驅動線路完成太陽能電池組向蓄電池的充電，電路中還提供了相應的保護措施。

（3）LED驅動線路
由IGBT驅動模塊及MOSFET組成，實現對路燈亮度的調節及路燈的開關。

（4）太陽能電池組
太陽能電池組由太陽能電池單體（工作電壓約為0.5V,工作電流約為20～25mA/cm2,麵積為10cm×10cm）以串、並方式連接成組件，一個標準組件包括36片單體，使一個太陽能電池組件大約能產生17V的電壓，成為一個額定電壓為12V的蓄電池池組。當應用係統需要更高的電壓和電流組件時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。

（5）蓄電池組
youyucongguangfuzhenliededaodenengliangbuzongshiyudianzifuzaidexuqiuxiangfu，dangguangfuzhenliebenshenbunengtigongzugoudegonglvshi，xudianchirengnengshifuzaigongzuo。ruguodianzifuzaixuyaozaiyejianhuozaiduoyunhuoyintianshigongzuo，jiuxuyaonengliangdecunchu。xudianchicunchunengliangdedaxiaoshejiweizizhuyunxingqijianmanzupingjunmeiridianzifuzaidexuqiu。yibanlaishuo，yingnengchubei5～7天tian的de夜ye間jian照zhao明ming用yong電dian量liang。在zai獨du立li光guang伏fu係xi統tong中zhong
，由you光guang伏fu陣zhen列lie產chan生sheng的de電dian能neng不bu總zong是shi在zai電dian能neng產chan生sheng的de同tong時shi加jia以yi使shi用yong，所suo以yi在zai多duo數shu獨du立li光guang伏fu係xi統tong中zhong需xu要yao蓄xu電dian池chi。

（6）通信裝置
由無線數傳模塊組成。無線數傳模塊支持GPRS,帶有RS-232接口，通信距離達100米，抗幹擾性強
，不受廣播電視，移動通信幹擾，實現相鄰路燈終端之間的通信。

2）功能控製
（1）太陽能路燈控製器的基本要求
太陽能路燈由多個LED燈(deng)串(chuan)聯(lian)而(er)成(cheng)，路(lu)燈(deng)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)不(bu)但(dan)消(xiao)耗(hao)大(da)量(liang)的(de)電(dian)能(neng)，而(er)且(qie)還(hai)需(xu)要(yao)投(tou)入(ru)巨(ju)額(e)的(de)日(ri)常(chang)維(wei)護(hu)費(fei)用(yong)，給(gei)城(cheng)市(shi)帶(dai)來(lai)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)和(he)財(cai)政(zheng)支(zhi)出(chu)的(de)雙(shuang)重(zhong)壓(ya)力(li)。製(zhi)定(ding)“按需照明”的供電策略可以緩解這一矛盾。通過編程可以實現對分布在城市繁華路段的路燈機動靈活的控製
，可在任意時間段內通過PWM方式實現開關控製，以達到既節電又烘托城市燈光氣氛的目的。控製基本要求如下：

①對前半夜與後半夜的亮度進行控製
，控製比例依情況而定
；②開啟單邊路燈策略，即蓄電池現有電量隻供一路路燈照明，另一路路燈關閉；③半夜燈策略，即前半夜開燈
，後半夜關燈，蓄電池現有電量隻供前半夜照明使用。

太tai陽yang能neng路lu燈deng都dou是shi以yi自zi然ran光guang線xian的de強qiang弱ruo來lai控kong製zhi照zhao明ming燈deng具ju的de開kai關guan，這zhe些xie光guang控kong太tai陽yang能neng照zhao明ming係xi統tong的de優you化hua設she計ji是shi係xi統tong長chang期qi可ke靠kao運yun行xing的de前qian提ti。係xi統tong容rong量liang可ke以yi根gen據ju當dang地di的de地di理li位wei置zhi
、氣qi象xiang條tiao件jian和he負fu載zai狀zhuang況kuang做zuo出chu最zui優you化hua設she計ji。但dan是shi由you於yu季ji節jie因yin素su，冬dong天tian太tai陽yang輻fu射she要yao比bi夏xia天tian少shao，太tai陽yang電dian池chi陣zhen冬dong天tian產chan生sheng的de電dian量liang比bi夏xia天tian少shao，可ke是shi冬dong天tian需xu要yao照zhao明ming的de電dian量liang卻que比bi夏xia天tian多duo，從cong而er使shi照zhao明ming係xi統tong的de發fa電dian量liang與yu需xu電dian量liang形xing成cheng反fan差cha
，依yi然ran難nan以yi平ping衡heng月yue發fa電dian量liang盈ying餘yu和he耗hao電dian量liang虧kui損sun。為wei了le提ti高gao照zhao明ming係xi統tong發fa電dian量liang的de利li用yong率lv，克ke服fu係xi統tong缺que電dian帶dai來lai的de不bu足zu，在zai太tai陽yang能neng照zhao明ming係xi統tong的de發fa展zhan中zhong，人ren們men不bu斷duan地di對dui照zhao明ming係xi統tong常chang用yong的de控kong製zhi模mo式shi進jin行xing分fen析xi，設she計ji各ge種zhong實shi際ji可ke行xing的de工gong作zuo模mo式shi，同tong時shi光guang源yuan技ji術shu也ye在zai不bu斷duan的de更geng新xin換huan代dai中zhong，蓄xu電dian池chi的de充chong電dian模mo式shi也ye在zai不bu斷duan的de研yan究jiu探tan索suo中zhong有you效xiao利li用yong率lv越yue來lai越yue高gao
，因yin此ci在zai太tai陽yang能neng各ge個ge組zu成cheng部bu分fen的de發fa展zhan和he協xie調tiao中zhong，太tai陽yang能neng照zhao明ming係xi統tong正zheng在zai不bu斷duan地di趨qu於yu完wan善shan。

genjutaiyangnengludengxitongdetedian，ludengyunxingyaojianguxudianchishengyurongliangdeyingxiang。dangludengzhengchangkaiqishi，genjuxudianchishengyurongliangjiancefadedaodangqianxudianchirongliang，tongguozhaxunhoudedaoxudianchijiangyaoweichidegongdianshijian，pingjunshiyongxudianchixianyoudianliang，tongshigenjudangwankeshiyongdexudianchidianliangduiludengzhaomingfangshilinghuokongzhi
，helishiyongxudianchixianyoudianliang。

（2）蓄電池充放電控製功能
蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)放(fang)電(dian)控(kong)製(zhi)是(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)功(gong)能(neng)，它(ta)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)，還(hai)能(neng)防(fang)止(zhi)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)過(guo)充(chong)電(dian)和(he)過(guo)放(fang)電(dian)。蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)過(guo)充(chong)電(dian)或(huo)過(guo)放(fang)電(dian)對(dui)其(qi)性(xing)能(neng)和(he)壽(shou)命(ming)有(you)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)。充(chong)放(fang)電(dian)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，按(an)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)可(ke)分(fen)為(wei)開(kai)關(guan)控(kong)製(zhi)（含單路和多路開關控製）型和脈寬調製（PWM）控製（含最大功率跟蹤控製）型。本係統采用脈寬調製控製器方式
，並選用MOS晶體管作為開關器件。當白天晴天的情況下
，根據蓄電池的剩餘容量
，選擇相應的占空比方式向蓄電池充電
，力求高效充電；夜間根據蓄電池的剩餘容量及未來的天氣情況，通過調整占空比方式進而調節LED燈亮度，以保證均衡合理使用蓄電池。

此外係統還具有對蓄電池過充的保護功能
，即充電電壓高於保護電壓（15V）時
，自動調低蓄電池的充電電壓；此後當電壓掉至維護電壓（13.2V）時
，蓄電池進入浮充狀態，當低於13.2V後浮充關閉，進入均充狀態。

當蓄電池電壓低於保護電壓（11V）時，控製器自動關閉負載開關以保護蓄電池不受損壞。通過PWM方式充電，既可使太陽能電池板發揮最大功效，又提高了係統的充電效率。本設計對蓄電池的反接
、過充，過放具有相應保護措施。

（3）太陽能路燈運行方式控製功能
高亮度大電流LED燈
，由於相同亮度的情況下

，比白熾燈省電約90%
，得到了廣泛的應用，現已有逐漸替代常規照明燈的趨勢。

太陽能路燈由多個LED燈串聯而成
，亮度通過PWM方式可調
，即通過EN端改變流經LED的電流，從而調節LED燈亮度，電流強度可以從幾毫安到1安培，最終使LED燈達到預期的亮度。

PWM信號可由微控製器產生，也可由其它脈衝信號產生，PWM信號可使通過LED燈的電流從0變到額定電流，即可使LED燈從暗變為正常亮度。PWM占空比越小（高電平時間長）
，亮度越高。利用PWM控製LED的亮度，非常方便和靈活，是最常用的調光方法，PWM的頻率可從幾十Hz到幾千Hz。

PWM調光是通過控製MOSFET晶體管實現的。

由於本係統路燈單元采用的電壓是由幾個蓄電池串聯產生的，所以選用MOSFET晶體管時
，首先要考慮MOSFET的耐壓，本係統要求MOSFET的耐壓要高於40V
；其次，根據驅動LED燈電流的大小，選擇MOSFET的IDS的最大電流。在直流供電情況下，首先考慮的是IDS最大電流值和RDS值。一般情況下
，應選用MOSFET的IDS最大電流是LED燈驅動電流的5倍以上；另外還要選擇MOSFET的內阻要小

；LED驅動電流越大，RDS應越小，RDS越小

，變換效率越高。

城cheng市shi太tai陽yang能neng路lu燈deng是shi和he人ren民min生sheng活huo密mi切qie相xiang關guan的de公gong共gong設she施shi，它ta在zai一yi定ding程cheng度du上shang反fan映ying了le城cheng市shi的de繁fan榮rong程cheng度du及ji發fa展zhan水shui平ping。在zai過guo去qu很hen長chang一yi段duan時shi間jian內nei
，路lu燈deng的de更geng新xin多duo是shi局ju限xian於yu其qi照zhao明ming部bu分fen
，隨sui著zhe城cheng市shi及ji電dian子zi技ji術shu的de發fa展zhan
，城cheng市shi路lu燈deng係xi統tong經jing曆li了le手shou工gong控kong製zhi、自動定時/光電控製
、計算機程序控製的發展過程。用計算機來實現城市太陽能路燈係統的自動控製，對於提高城市的現代化管理水平，節省人力、wuli，doujuyoulianghaodejingjiheshehuixiaoyi。tongguoyouxiaodetiaojiedengguangkaiguanshijian，nenggoujidaditigaoleludengxitongdegongzuozhilianghegongzuoxiaolv，weichengshizhaomingxitongdeyunxing、維護、擴展、提供全麵的解決方案和強有力的技術支持，提高了城市照明運行管理水平。