試析太陽能LED路燈的遠程監控系統的設計實現

摘要：人類現在所用能源來自于煤炭、石油、化石、水力等，但是人類社會現在消費的能源來自于不可再生的煤炭、石油、化石等。據有關資料統計，我們目前廣泛運用的煤炭已經查證的達到7241.16億噸，其中生產和在建已占用儲量為1868.22億噸，尚未利用儲量達4538.96億噸，按照我們目前年開采量33億噸計算，大約還能開采100年，石油甚至更低僅20多年。煤炭、石油和化石等能源由于不可再生性，終將枯竭，必定會被新能源所取代，因此節約能源和開發利用可再生能源是當務之急。在新能源中，太陽能是取之不盡，用之不竭的。LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電能轉化為光能。據分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。因此推廣太陽能和LED照明十分必要。由于有線網絡的控制上升不到系統的高度，由于它的單一性和局限性本文特就太陽能LED路燈的遠程監控系統的無線網絡設計分析論證。

關鍵詞：LED遠程監控系統太陽能終端

我們要做太陽能LED路燈的遠程監控系統的設計，首先就要了解兩部分：太陽能LED燈和我們控制系統需要解決的具體項目。只有對這兩部有了深入的了解才能把我們的遠程監控系統設計做到設計全面，功能完善。

1 太陽能LED路燈的結構原理

太陽能LED路燈就是把太陽光轉化成電能，然后把電能轉化成光能的原理。太陽能LED路燈組成部分有：其中包括把太陽光轉化成電能的太陽能電池板；儲存電能的蓄電池和LED燈；控制系統四大部分組成。

1.1 太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能LED路燈中的核心部件，也是太陽能LED路燈中價值最高的部分。其作用就是將太陽的光能轉換為電能，然后送至蓄電池中存儲起來。太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中，推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱。也就是通常所說的光生伏特效應原理。目前光電轉換的效率，光伏電池效率大約是單晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。

1.2 蓄電池

由于太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池才能正常工作。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：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、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系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統才能正常工作。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。

1.3 LED路燈

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。筆者認為LED作為太陽能路燈的光源將是一種趨勢。

目前多數草坪燈選用LED作為光源，主要利用太陽能電池的能源來進行工作。當白天太陽光照射在太陽能電池上，把光能轉變成電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池在晚間為草坪燈的LED(發光二極體)提供電源。LED節能、安全、壽命長，工作電壓低，非常適合應用在太陽能草坪燈上。特別是LED技術已經經歷了其關鍵的突破，并且其特性在過去5年中有很大提高，其性能價格比也有較大的提高。

1.4 其余部件

控制器系統：太陽能燈具系統中最重要的一環是控制系統，其性能直接影響到系統壽命，特別是蓄電池的壽命。控制系統接收到遠程控制終端的指令，然后根據指令轉化具體的實施步驟。控制系統還要隨時把太陽能LED路燈的實時數據傳輸給遠程控制終端，以方便遠程控制終端能夠及時得要太陽能LED路燈的信息，做出科學的安排和調度。

燈桿及燈具外殼：燈桿的高度應根據道路的寬度、燈具的間距，道路的照度標準確定。燈具外殼根據我們收集了許多國外太陽燈資料，在美觀和節能之間，大多數都選擇節能，燈具外觀要求不高，相對實用就行。

2 控制系統解決的具體需求

首先對于太陽能LED路燈的電源蓄電池，提供持續電能有限。我們應該根據路段的實際需要制定“按需照明”的供電策略可以緩解這一矛盾。這其中包括：路燈開關時間的控制，根據路段進行前半夜和后半夜的亮度控制，根據不同的時間和照明需求對工作路燈數量進行控制。

2.1 對照明時間的控制。太陽能LED路燈都是經過白天進行電能積蓄，晚上進行工作，由于季節的更替，天氣條件的變化，比如天晴和下午對光線變暗的時間就不一樣，為了節約電能，保護電源，達到固定時間的照明效果，需要系統進行合理科學的調配。

2.2 對光線的亮度的控制。在天晴時的傍晚和雨天的傍晚對燈光的明亮需求是不一樣的，對前半夜和后半夜的燈光亮度需求也是不一樣的。

例：隨著時間變化，光線變暗是一個逐漸的過程，那么也就需要太陽能LED路燈也隨之相適應，燈光不能一出來就很亮，既不節約電能，也影響使用時間和適用壽命。

2.3 對工作路燈數進行控制。

對工作路燈數控制是建立在人們活動是否頻繁的基礎上。

例:夜晚7點到9點時，是人們夜間活動最頻繁時間段，在這段時間工作路燈數量肯定是最多的，但是在10點以后路燈數量應該輸一個逐漸減少的過程。只要能保證基本照明就行。

3 太陽能LED路燈遠程控制系統的設計思想

在以前的網絡通訊技術還停留在有線的局限下，由于遠程控制系統造價高昂，也只是通過有線對燈的開關時間進行簡單的控制，還不能上升到系統。但是由于無線網絡的普及和廣泛運用，通過INTERNET網絡及GPRS通信技術可以有效連接兩個終端，達到控制終端對太陽能LED路燈點對點式的控制。首先給太陽能LED路燈裝置相關聯的傳感器，用來作為網絡連接的另一個工作終端。傳感器就是用來控制太陽能LED路燈的所有工作，它是這個控制系統的最終執行者。根據控制終端的指令，然后把指令傳達給每一個LED路燈。

3.1 通過網絡技術，把控制終端和工作終端有效連接。我們這里所說的網絡技術就是：INTERNET網絡及GPRS通信技術。通過網絡技術的運用，把每個工作終端體現在執行終端的信息收集屏幕上。通過網絡技術，工作終端把自己的工作狀態等信息反饋給執行終端，達到遠程控制的效果。

3.2 執行終端的程序化。為了更好的達到遠程控制的效果，可以進行一定的程序設計，優化系統控制，能夠讓太陽能LED路燈的信息準確的實效的反映給執行終端。比如：有燈不能正常工作，執行中斷就會把此燈的信息通過網絡傳輸給執行終端。

3.3 傳感器的運用。在這個遠程控制系統中，控制終端好比大腦，執行終端好比器官，那么傳感器就是細胞，所有的信息收集和指令的執行完全由控制系統的傳感器轉換成實際操作。隨著科技的發展，傳感器越來越先進，也出現了很多型號，這些使太陽能LED路燈施行遠程控制有了可能。

有了網絡技術的廣泛運用，它在遠程控制系統中充當了神經系統的功能。把高成本的有線網絡變成了相對低廉的無線網絡系統，這也推動了太陽能LED路燈遠程控制系統的設計與應用。

參考文獻：

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[2]張超，趙德安，何湘寧.用于太陽能LED路燈系統的新型雙向變換器.[J].電力電子技術.2007.（10）.