中心議題：

• 太陽能路燈控製器的主要設計要求和發展階段介紹
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器的設計
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案模擬

解決方案：

• MPPT電路介紹
• 過充過放保護介紹
• 智控開關，實時監測
  ，預警功能介紹
• 亮度的自適應調節介紹

摘要：基ji於yu改gai善shan季ji節jie性xing負fu載zai光guang伏fu太tai陽yang能neng路lu燈deng運yun行xing可ke靠kao性xing的de目mu的de
，采cai用yong新xin一yi代dai自zi適shi應ying單dan純chun太tai陽yang能neng供gong電dian路lu燈deng控kong製zhi器qi設she計ji的de方fang法fa，通tong過guo功gong率lv調tiao節jie，電dian量liang檢jian測ce和he剩sheng餘yu電dian量liang計ji算suan、組網功能等對蓄電池的充、放電以及路燈的開、關、最大功率跟蹤等智能控製
，提高了太陽能電池的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)
，延(yan)長(chang)了(le)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)
，降(jiang)低(di)產(chan)品(pin)造(zao)價(jia)。得(de)到(dao)了(le)自(zi)適(shi)應(ying)單(dan)純(chun)太(tai)陽(yang)能(neng)供(gong)電(dian)路(lu)燈(deng)控(kong)製(zhi)器(qi)是(shi)提(ti)高(gao)季(ji)節(jie)性(xing)負(fu)載(zai)光(guang)伏(fu)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)保(bao)證(zheng)的(de)結(jie)論(lun)。

大da陽yang能neng路lu燈deng以yi其qi無wu需xu鋪pu設she電dian纜lan，不bu消xiao耗hao常chang規gui能neng源yuan等deng優you點dian得de到dao了le廣guang泛fan認ren可ke。然ran而er太tai陽yang能neng路lu燈deng還hai存cun在zai一yi些xie問wen題ti造zao成cheng其qi成cheng本ben偏pian高gao，可ke靠kao性xing不bu穩wen定ding，、比bi如ru電dian池chi往wang往wang不bu到dao一yi年nian就jiu需xu要yao更geng換huan，不bu僅jin提ti高gao了le後hou期qi維wei護hu的de費fei用yong
，而er且qie增zeng加jia了le客ke戶hu的de消xiao費fei成cheng本ben，也ye造zao成cheng了le資zi源yuan浪lang費fei。其qi次ci是shi太tai陽yang能neng屬shu於yu不bu穩wen定ding能neng源yuan，而er且qie能neng量liang分fen布bu不bu均jun，夏xia天tian能neng量liang充chong足zu，但dan路lu燈deng使shi用yong時shi間jian短duan
，冬dong天tian有you效xiao光guang照zhao時shi間jian短duan，但dan路lu燈deng使shi用yong時shi間jian長chang，大da大da降jiang低di了le運yun行xing的de可ke靠kao性xing，其qi原yuan因yin主zhu要yao受shou到dao太tai陽yang能neng路lu燈deng控kong製zhi器qi性xing能neng的de影ying響xiang。太tai陽yang能neng控kong製zhi器qi是shi太tai陽yang能neng光guang伏fu係xi統tong中zhong的de核he心xin部bu分fen
，主zhu要yao完wan成cheng對dui蓄xu電dian池chi的de充chong、放電、調光和路燈的開、美控製，以及在過充、過放電、過載等情況發生時對係統進行及時和有效地保護，保證照明時間，確保可靠性
，有效延長電池壽命
，降低成本。

1  太陽能路燈控製器的主要設計要求和發展階段

太陽能路燈控製器的技術和質量的主要要求有：

1）供電係統，根據太陽能路燈蓄電池板特性，要設計成恒流輸出：
2）過充，過放保護；
3）具有係統功率調節功能；
4）建立網絡控製係統；
5）根據市場要求
，產品模塊化。

太陽能路燈控製器的發展到日前為止已經經曆了3個階段：第(di)一(yi)代(dai)功(gong)能(neng)比(bi)較(jiao)簡(jian)陋(lou)，開(kai)關(guan)燈(deng)控(kong)製(zhi)需(xu)要(yao)外(wai)接(jie)光(guang)敏(min)感(gan)應(ying)器(qi)，定(ding)時(shi)時(shi)間(jian)不(bu)可(ke)設(she)置(zhi)，沒(mei)有(you)電(dian)池(chi)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)，係(xi)統(tong)壽(shou)命(ming)非(fei)常(chang)短(duan)暫(zan)，很(hen)快(kuai)就(jiu)被(bei)市(shi)場(chang)淘(tao)汰(tai)：第(di)二(er)代(dai)在(zai)第(di)一(yi)代(dai)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，設(she)置(zhi)了(le)電(dian)池(chi)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)

，通(tong)過(guo)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)搜(sou)集(ji)光(guang)敏(min)數(shu)據(ju)，通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)或(huo)程(cheng)序(xu)設(she)置(zhi)定(ding)時(shi)，技(ji)術(shu)上(shang)有(you)了(le)階(jie)躍(yue)式(shi)的(de)發(fa)展(zhan)，逐(zhu)漸(jian)被(bei)市(shi)場(chang)接(jie)受(shou)：第三代路燈控製器在於多數商家采用了PWM充電控製功能

，對蓄電池進行涓流充電，有效延長了電池壽命，降低了使用成本，從而進一步擴大市場占有率。

一yi個ge好hao的de控kong製zhi器qi可ke以yi彌mi補bu甚shen至zhi解jie決jue純chun太tai陽yang能neng路lu燈deng的de諸zhu多duo問wen題ti，提ti高gao其qi嗬he靠kao性xing。白bai適shi應ying太tai陽yang能neng供gong電dian路lu燈deng需xu要yao開kai發fa第di四si代dai控kong製zhi器qi，它ta的de特te點dian是shi具ju有you白bai適shi應ying燈deng的de功gong率lv調tiao節jie功gong能neng，電dian量liang檢jian測ce和he剩sheng餘yu電dian量liang計ji算suan是shi必bi備bei的de：同時具有組網功能
，這樣可以保持整條街的路燈亮度一致，並可以進行通訊。

2  自適應單純太陽能供電路燈控製器的設計

日前各種現代控製理論
，如白適應控製、自學習控製、模糊邏輯控製、神經網絡控製等先進控製理論和算法也大量應用在光伏發電係統中。其中自適應控製太陽能供電路燈控製器設計是值得推進的技術。

2.1設計目標

白適應單純太陽能供電路燈的設計目標：主要針對支路和供行人和非機動車通行的居住區道路和人行道路燈，對於南風能供電或風光互補的路燈係統本設計同樣適合：由you於yu太tai陽yang能neng的de不bu可ke靠kao性xing以yi及ji主zhu幹gan道dao的de照zhao明ming設she計ji標biao準zhun的de嚴yan格ge性xing
，單dan純chun太tai陽yang能neng供gong電dian比bi市shi電dian供gong電dian的de路lu燈deng控kong製zhi器qi的de設she計ji更geng為wei複fu雜za
，如ru係xi統tong控kong製zhi需xu要yao太tai陽yang能neng和he市shi電dian切qie換huan，則ze在zai本ben設she計ji的de基ji礎chu上shang進jin行xing精jing簡jian就jiu好hao了le。目mu標biao地di點dian位wei於yu北bei京jing市shi內nei。

2.2  自適應單純太陽能供電路燈控製器設計特點及功能

白適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案的宗旨：通過精確控製，達到降低成本，提高可靠性的日的。主要具有以下幾個特點及功能（以太陽能路燈儲能器件為鉛酸電池為例）：

1）MPPT電路
根(gen)據(ju)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)蓄(xu)電(dian)池(chi)板(ban)的(de)特(te)性(xing)
，如(ru)將(jiang)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)蓄(xu)電(dian)池(chi)陣(zhen)列(lie)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)在(zai)某(mou)個(ge)恒(heng)定(ding)電(dian)壓(ya)值(zhi)附(fu)近(jin)，則(ze)太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)在(zai)整(zheng)個(ge)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)近(jin)似(si)日(ri)標(biao)在(zai)最(zui)大(da)功(gong)率(lv)點(dian)處(chu)
，太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)的(de)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)最(zui)高(gao)。利(li)用(yong)PWM技術並通過對負載穩壓來實現對LED的恒流，從而保證了LED的可靠使用141.采用意法半導體公司的MPPT專用芯片SPV1020.跟蹤效率可達98%,能量轉換效率為95%.理論上，使用MPPT技術會比傳統方法效率提高50%,實際測試中
，由於周圍環境影響與各神能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%.

2）過充過放保護
采用充電限壓，電池溫升檢測策略
，如蓄電池電36 V,充電截止電壓42.5-43 V,充電截止溫度80℃，充電截止溫升30℃。不過絕大部分時間蓄電池基本處於欠充狀態。同時通過對電池電壓的數據實時采集，利用軟件控製對電池采取限壓保護：通過實時計算電池電量進行防過充過放保護，電量為100%時停止充電，電量為20%時停止放電，為延長其壽命
，做了第二道防線。圖1 為蓄電池過充保護流程圖。
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3）智控開關，實時監測
，預警功能 
jinxingtaiyangnengludengdianchibandianliujiance，xudianchidianyajiance，xudianchidianliangjiance
，yijihuanjingwendudejiance，caiyongguangkaishiguan，bingshishishangchuangongzuohuanjingjizhuangtaishuju，yujingguzhang，baozhengxitongdekekaoxing。tu2為太陽能路燈的開、關控製流程網。



4）亮度的自適應調節
通常太陽能路燈廠家為了保證連續陰雨天的正常工作，隻一味地加大蓄電池容量，一般蓄電池的容量可達電池板容量的5倍(bei)，其(qi)實(shi)這(zhe)樣(yang)做(zuo)並(bing)不(bu)能(neng)解(jie)決(jue)問(wen)題(ti)。因(yin)為(wei)陰(yin)雨(yu)天(tian)工(gong)作(zuo)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)並(bing)不(bu)取(qu)決(jue)於(yu)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量(liang)
，而(er)是(shi)由(you)很(hen)多(duo)因(yin)素(su)平(ping)衡(heng)而(er)定(ding)的(de)。根(gen)據(ju)當(dang)前(qian)地(di)理(li)位(wei)置(zhi)，季(ji)節(jie)，時(shi)間(jian)，氣(qi)象(xiang)條(tiao)件(jian)
，光(guang)的(de)輻(fu)射(she)量(liang)
，浮(fu)塵(chen)濃(nong)度(du)
，工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)以(yi)及(ji)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)，自(zi)適(shi)應(ying)調(tiao)節(jie)燈(deng)的(de)亮(liang)度(du)，合(he)理(li)分(fen)配(pei)能(neng)量(liang)。由(you)於(yu)設(she)計(ji)為(wei)純(chun)太(tai)陽(yang)能(neng)供(gong)電(dian)，不(bu)考(kao)慮(lv)雙(shuang)電(dian)源(yuan)情(qing)況(kuang)，所(suo)以(yi)要(yao)想(xiang)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)


，唯(wei)一(yi)的(de)方(fang)案(an)就(jiu)是(shi)犧(xi)牲(sheng)燈(deng)的(de)亮(liang)度(du)。

根(gen)據(ju)當(dang)天(tian)用(yong)電(dian)前(qian)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)和(he)當(dang)天(tian)的(de)充(chong)電(dian)量(liang)來(lai)進(jin)行(xing)白(bai)適(shi)應(ying)調(tiao)節(jie)
，在(zai)保(bao)證(zheng)正(zheng)常(chang)照(zhao)明(ming)的(de)同(tong)時(shi)，使(shi)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)長(chang)期(qi)保(bao)持(chi)在(zai)高(gao)電(dian)位(wei)，並(bing)且(qie)使(shi)充(chong)放(fang)電(dian)深(shen)度(du)在(zai)30%以下，根據電池循環壽命曲線，可以延長電池壽命4-5倍，有效降低太陽能路燈的成本，提高可靠性。以下將分別闡述剩餘電量和充電量的計算過程。

2.2.1  電池電量檢測

1）電量檢測的算法
大量的實驗數據表明，電池老化時蓄電池的內阻與電荷之間有較高的相關性（0.88左右），蓄電池完全充電和完全放電時的內阻相差2-4倍
，所以通過測量電池內阻可較準確地檢測電池電量。

2）建立內阻一電量一循環周期的關係曲線
為了得到實時剩餘電量值
，要建立一個電量和內阻之間關係的數據庫。

以時間為標準

，就可以建立起內阻一電量一循環周期的關係曲線，然後通過Matlab的曲線擬合功能得出內阻，電量以及循環周期的關係式。蓄電池內阻與剩餘電量關係曲線如

圖3所示，剩餘電量隨著內阻的增大而成指數趨勢減小。
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3）在線檢測電量
zaitaiyangnengludenggongzuokaishizhiqianjiancechushengyudianliang，caiyongjiaoliuyajiangneizuceliangfacedeneizuzhi，tongguozhazuohaodeshujubiao
，bingjinxingshujuxiaozheng，dedaoduiyingdedianliangzhi。

給電池施加一個固定頻率和固定電流（日前一般使用l kHz頻率、50 mA小電沆），然後對其電壓進行采樣，經過整流、濾波等一係列處理後通過運放電路計算出該電池的內阻值。圖4為在線測量剩餘電量硬件框圖。

2.2.2充電量計算

充電量是通過太陽能電池板接收輻射強度和電池板麵積計算得到的。太陽能電池板接收輻射強度為單日輻射強度與sin a的乘積
，其中a為正午太陽輻射與電池板的平均夾角。電池板麵積可參考配置計算部分的內容，並且經過優化得到的。

2.2.3剩餘電量計算

tongguojisuandianliuzaishiyushangdejifen，kedechudianliangbianhuazhi，zailudenggongzuoqianjiancedaodedianchidianliangzuoweichushidianliang，zeshengyudianliangweichushidianliangjianqudianliangbianhuazhi。tongshitongguoduiMPPT電路的輸出電流做積分，作為電量變化的校正值，從而得到較準確的剩餘電量值。圖5為剩餘電量計算流程圖。 [page]
1）Zighee無線通訊係統連網
保證整條路的路燈的開，關時間一致

，馬路亮度均勻
，保證駕駛安全
，避免駕駛員視覺疲勞
；實時傳送數據，進行遠程監測和控製：在線軟件升級，降低維護及調試成本：待機睡眠，降低係統功耗。將Zigbeewuxianchuanganqiwangluojishuyingyongyuxudianchiniuchanguochengzhongdechongfangdiancanshujiancezhong，jiangjidaditigaochanpinceshidelinghuoxinghekekaoxing
，duitigaoxudianchiniuchanzhilianghexiaolvjuyouzhongyaoyiyiwen。

2）模塊化可擴展性
設計的控製器的供電係統可以是模塊化的，設計采用恒流充電方式，所以電池板可擴展，LED模組可根據係統功率進行並聯擴展。

根據如上計算，具體設計框圖如圖6所示，為太陽能路燈控製係統硬件框架。圖7為太陽能路燈控製係統電路原理圖。

3  自適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案模擬

開關燈的時間根據天安門升降旗時間而定，如表1所示

，全年最長點燈時長茌12月為14.52小時，最短為9.13小時。照明時間分為3個時段
，第一個時段從當天天安門降旗時刻開始，為5個小時，第二個時段到早上5點，第三個時段從5點到滅安門升旗時刻，燈光亮度各時段權重比為5:2:3,如果以100 W光源為設計標準，則光源功耗最大為1.068 5 kW-h。
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圖8顯示根據表1中的數據得m的各月太陽能電池板麵積排列柱形罔，從而可以選定電池板的麵積為柱形途中的拐點處2月的畫積值，太陽電池板麵積為2.2 IT12.蓄電池為115 Ah.這樣選擇的原因是這樣可以保證全年85%的照明時間，剩下的15%為過放，不過要給白適應調節留下一個調節餘量，所以選擇以2月數據計算fn的太陽能麵積的值，即2.216 2 m2,過放的情況為3個月，過放比率為25%,從而有100/e的調節空間。



4 結  論

白適應單純太陽能供電路燈控製器的設計
，實現了以MPPT電dian路lu為wei控kong製zhi核he心xin的de智zhi能neng太tai陽yang能neng路lu燈deng控kong製zhi器qi，具ju有you外wai圍wei電dian路lu簡jian單dan

，可ke靠kao性xing高gao的de特te點dian，實shi現xian了le太tai陽yang能neng電dian池chi的de最zui大da功gong率lv點dian跟gen蹤zong，采cai用yong了le合he理li的de蓄xu電dian池chi充chong放fang電dian策ce略lve，實shi現xian算suan法fa簡jian單dan，既ji提ti高gao了le太tai陽yang能neng電dian池chi板ban的de使shi用yong效xiao率lv，又you延yan長chang了le蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming，對dui於yu個ge別bie過guo分fen欠qian充chong、過充燈根據問題加大、減jian小xiao電dian池chi板ban麵mian積ji
，更geng換huan電dian池chi或huo燈deng珠zhu，根gen據ju每mei盞zhan路lu燈deng的de實shi際ji情qing況kuang靈ling活huo調tiao整zheng其qi配pei置zhi，可ke使shi每mei盞zhan燈deng都dou工gong作zuo在zai最zui佳jia狀zhuang態tai，不bu但dan保bao證zheng了le正zheng常chang照zhao明ming，而er且qie避bi免mian了le資zi源yuan浪lang費fei
，也ye降jiang低di了le產chan品pin造zao價jia
，具ju有you一yi定ding的de參can考kao和he推tui廣guang應ying用yong價jia值zhi。