市政路燈電氣系統(tǒng)的設計及應用淺析

【摘要】隨著我國城市化進程的加快，城市照明對于電能的消耗越來越大，尤其是一些城市單純的追求大面積、高亮度的城市照明，不僅使城市布局出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，還使得城市照明耗費大量的電能，造成城市供電緊張的情況進一步加劇。本文主要對市政路燈電氣系統(tǒng)的設計及應用進行分析研究。

【關(guān)鍵詞】市政路燈；電氣系統(tǒng)；設計應用

1、智能太陽能路燈系統(tǒng)設計分析

當前隨著我國城市化建設進程的加速以及城市基建設施建設的加快，城市對照明產(chǎn)品的市場需求逐漸擴大。在能源緊張的大背景下，傳統(tǒng)照明設備耗能巨大，且存在巨大的能源浪費，還影響城市生態(tài)環(huán)境，這明顯不符合我國能源利用的發(fā)展方向，同時也極大的限制了照明設備的利用效率。而太陽能路燈的出現(xiàn)，有效的彌補了上述不足。

1.1系統(tǒng)功能概述

（1）光照強度追蹤

要讓太陽能電池板能夠面對光線最強的那一個方向，系統(tǒng)必須在所處的環(huán)境中尋找到最強光源方向。使用單片機讀取傳感器陣列上的32個光敏傳感器數(shù)值，并且使用校正算法進行校正后，找到光線最強的方向，確定太陽能電池板需要面向的方向。

（2）充電及充電控制

太陽能電池只有在有光照的環(huán)境下才能產(chǎn)生電力，把這些能量收集起來，在需要的時候來使用它，也就是夜間的路燈照明。太陽能電池板在陰天以及其他非陽光直射環(huán)境下，也是能夠產(chǎn)生一定的電流和電壓的，有時能滿足充電條條件，有時則不能。如果滿足條件而沒有充電，會導致充電效率低下，浪費太陽能資源。反之如果不滿足條件時打開了充電電路，反而會造成電流倒流，太陽能電池板變?yōu)橛秒娫O備，導致太陽能電池板發(fā)熱或者燒毀。所以必須讓系統(tǒng)監(jiān)控太陽能電池板產(chǎn)生的電壓值和光敏傳感器的讀數(shù)，只有條件滿足時才可以打開電路充電。

（3）人機交互

簡單的交互系統(tǒng)利于故障時的判斷和檢修，在一個簡單的液晶顯示屏上顯示出光照強度讀數(shù)、太陽能電池板電壓、系統(tǒng)運行狀態(tài)等系統(tǒng)信息，可以讓安裝和維護人員快速的進行安裝實施和故障排除。

1.2硬件系統(tǒng)設計

（1）光線感應系統(tǒng)設計

在室外環(huán)境，太陽能電池板所能利用的光線的所有方向大概是一個半球形，所以組建一個半球形傳感器陣列就可以監(jiān)測到整個環(huán)境中的有效光線的光照強度情況。

將一個半球形物體以經(jīng)緯線的劃分為多個區(qū)域，每個區(qū)域?qū)粋€光線的入射區(qū)域，在每個區(qū)域中心打孔安裝光敏傳感器，監(jiān)測對應區(qū)域的光線強度我們就能夠知道哪片區(qū)域是光線強度最大的，如果需要更高的精度，則進行更加精細的劃分，安裝更多傳感器即可，對于智能路燈來說，32個傳感器已經(jīng)完全滿足其精度需求。

（2）太陽能電池板隨動系統(tǒng)設計

太陽能電池板需要靈活準確的對準光線最強的位置，除了需要水平方向的轉(zhuǎn)動，還要能夠調(diào)整和控制垂直方向的仰角，使用多個舵機組成可在縱向180°橫向360°范圍內(nèi)隨意控制太陽能電池板方向的云臺。

（3）充電系統(tǒng)設計

太陽能電池板產(chǎn)生的電壓和電流并不一定時刻滿足充電所需的條件，必須通過單片機進行判斷，當滿足條件時，才進行充電。為了能夠使充電效率更好，并使充電能夠持續(xù)和穩(wěn)定的進行，使用一個穩(wěn)壓模塊，讓太陽能電池板的可接受電壓在一個更為寬廣的范圍，陰天光照強度小的時候進行升壓，光線較為強烈的時候則相應降低電壓。

2、電子鎮(zhèn)流器節(jié)能技術(shù)的應用

在照明工程中，鎮(zhèn)流器是不可缺少的重要成員，它的發(fā)展也越來越受到更多人的關(guān)注。如在道路照明上對新路主要是采用性價比高的燈具、光源，老路運用新的節(jié)能產(chǎn)品改造。所以采用節(jié)能型鎮(zhèn)流器是一種不錯的路燈節(jié)能策略。高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器相比較傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器具有優(yōu)越的節(jié)能性能。以250W為例，首先是功耗低、光照度強、恒功率輸出。電子鎮(zhèn)流器自身功耗只有12W，而電感鎮(zhèn)流器自身功耗約為40W。在相同光照度的情況下，電子鎮(zhèn)流器輸入功率為2835W，而傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器為315W，相差節(jié)省30W。另外，電壓升高后使用電子鎮(zhèn)流器節(jié)能效果更明顯，因為電子鎮(zhèn)流器有恒定輸出功率，電壓在170V～260V之間，輸出功率始終為250W，而電感鎮(zhèn)流器在后半夜約6h的時間內(nèi)基本上工作在320W。電子鎮(zhèn)流器還具備功率自動調(diào)節(jié)功能，對于路燈來講，在后半夜路上無人的情況下，電子鎮(zhèn)流器可把鈉燈的功率降至150W，從而有效降低用電量。電子鎮(zhèn)流器功率因數(shù)為0.98，而電感鎮(zhèn)流器不加補償電容約為0.4，加上補償電容只有0.7～0.8，鈉燈在電子鎮(zhèn)流器的控制下工作功率為250W，而在電感鎮(zhèn)流器控制下的功率約為320W，其視在功率分別為：255VA和400VA，相差145VA，即改為電子鎮(zhèn)流器單只鈉燈需要的流量比使用電感鎮(zhèn)流器多145VA。這樣，在建設初期，可以降低變壓器的容量及電纜的線徑，從而大大節(jié)省投資成本；在擴建時，可以不必要增加變壓器。

由于電子鎮(zhèn)流器具有一天即亮、寬頻工作電壓、抗干擾等特點，從而延長了燈泡的使用壽命。按換燈率87%計算，一年大約更換一支鈉燈，而使用電子鎮(zhèn)流器后3年～5年才需更換一支，一年一盞路燈最少可節(jié)省一只燈管。一支路燈一年需更換一次鈉燈管，其人工費用遠高于一只鈉燈的成本價，而使用電感鎮(zhèn)流器后，一年之內(nèi)無需更換鈉燈，完全可節(jié)省此項費用。在鈉燈啟動時，電子鎮(zhèn)流器啟動電流為0.35A，電感鎮(zhèn)流器為4A-5A，而正常工作時燈電流卻為1.2A，這樣使用電感鎮(zhèn)流器的鈉燈，啟動時的電流是正常工作時的3倍-4倍，而使用電子鎮(zhèn)流器后，變壓器的容量及電纜的線徑均可顯著減少，大大節(jié)省基礎建設的投資成本。電子鎮(zhèn)流器的額定工作頻率為35kHz～45kHz，遠比市電的50Hz高，因此采用電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動的高壓鈉燈顯色性好，無頻閃。

結(jié)語：

我國現(xiàn)階段電力需求過大，電能消耗早已供不應求，節(jié)約電能一直是我國節(jié)能減排的重要舉措，所以在選用高效節(jié)能的路燈時應該多做調(diào)查再結(jié)合實際情況來選用一些相關(guān)的節(jié)能型產(chǎn)品，既可以起到它應有的作用叉可以保證高效節(jié)能。