- 智能型LED太陽能路燈系統的設計
- 引入了基于CVT 法的MPPT 控制策略
- 利用模擬開關4051 及PIC
摘要：提出一種新型的智能化控制的LED 路燈系統，將太陽能電池板的輸出電壓經過DC/DC 升壓電路，并引入了基于CVT 法的MPPT 控制策略。利用模擬開關4051 及PIC 實現了對路燈系統工作狀態的實時監測與控制。并簡要介紹了Zigbee通訊組件在系統中的相關應用。
太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，太陽能作為一種巨量可再生能源。隨著傳統能源的日益緊缺，太陽能的應用將會越來越廣泛，尤其太陽能發電領域在短短的數年時間內已發展成為成熟的朝陽產業。
目前，道路照明占整個照明用電量的25%~30%,因此道路照明節能具有很大的潛力和空間。目前道路照明使用最多的是高壓納燈，這種光源存在顯色性差、啟動時間長、耗電量高、發熱量大等缺點，需要發展新的更節能的道路照明光源。
大功率高光效LED 是近年來國內外快速發展起來的新光源，它具有光效高（≥90 lmPW（1W LED））、壽命長（30000~50000h）、耐震動不易損壞、瞬時啟動、無污染等優點。白光LED 是普通照明和道路照明的理想光源。太陽能路燈具有很多優點：安全可靠、維護方便；不需要常規能源、不污染環境；可以根據需要隨處安裝、不用連接公共電網。因此，發展LED 路燈具有重要的節能意義。本文在原有太陽能路燈系統的基礎上提出并研發了一種新型的智能型LED 太陽能路燈系統。
1 太陽能路燈系統的組成
路燈系統由以下幾個部分組成：太陽能電池板、升壓電路模塊、控制器模塊、Zigbee 通訊組件、蓄電池組、LED 光源。
如圖1 所示。
圖1 路燈的效果圖及組成框圖
系統的基本工作原理：在太陽能控制器的控制下，白天太陽能電池板經過兩路升壓電路（12V 到42V）向蓄電池組充電， 晚上蓄電池組提供電力給LED 燈負載。在控制模塊中，實現了對升壓電路、蓄電池電壓、溫度、LED 燈組溫度、電池板電壓的實時控制，并通過模擬開關采集數據反饋到PIC實現對路燈系統的智能化控制。而Zigbee 模塊為路燈系統的組網提供了可靠的技術保障。
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1.1 太陽能電池板
太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉換為電能，或送至蓄電池中存儲起來。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池等3 種。在太陽光充足日照好的地區，采用多晶硅太陽能電池為好，因為多晶硅太陽能電池生產工藝相對簡單，價格比單晶硅太陽能電池低。在陰雨天較多、陽光相對不是很充足的地區，采用單晶硅太陽能電池為好，因為單晶硅太陽能電池性能參數比較穩定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因為非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低。另外第2 代太陽電池的研制，即將取得突破性進展，其核心部件是一種可粘接的薄膜，即薄膜太陽能電池材料。
1.2 Boost 電路模塊及其蓄電池組
在本系統中，太陽能電池板采集的太陽能通過兩路DCDC升壓電路給蓄電池充電。Boost 電路采用LM5022 搭建，利用了芯片本身自帶的低壓自鎖功能巧妙的實現了對電路充電的控制。參照太陽能電池的輸出電壓隨光照的關系可知，在傍晚（夏天18︰00 左右，冬天17︰00 左右），太陽能電池的輸出電壓會低于芯片的自鎖電壓（1.25V 左右），通過系統中的控制模塊使系統停止向蓄電池充電，并而進入照明狀態。簡要電路如圖2 所示。
