基于PoE技術(shù)的太陽(yáng)能LED智能照明系統(tǒng)研究

徐洪亮

（江蘇日月照明電器有限公司副總經(jīng)理兼技術(shù)總工，江蘇 鹽城 224700）

近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)取得了很大的發(fā)展，但是電力在產(chǎn)生、傳輸和應(yīng)用過程中存在著很多能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，不符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的理念。基于PoE 的太陽(yáng)能 LED 智能照明系統(tǒng)，是以太網(wǎng)供電技術(shù)在照明系統(tǒng)中的創(chuàng)新利用，不僅能夠減少電能的損耗，同時(shí)還能夠降低照明系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用。PoE 技術(shù)能夠?qū)⑻?yáng)能有效轉(zhuǎn)化為照明系統(tǒng)所需的電能。另外，照明系統(tǒng)所需要的電壓等級(jí)為48V，這樣還保障供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 基于PoE 技術(shù)的太陽(yáng)能LED 智能照明系統(tǒng)概述

基于PoE 技術(shù)的太陽(yáng)能LED 智能照明系統(tǒng)，最終目的是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為照明系統(tǒng)所需要的電能。首先系統(tǒng)需要利用太陽(yáng)能電池板陣列來(lái)搜集太陽(yáng)能，然后通過光電效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。產(chǎn)生的電能需要進(jìn)行一定的管理和分配，因此在智能照明系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)合理的電源管理系統(tǒng)將搜集的電能對(duì)于蓄電池組進(jìn)行充電或者給后面的照明系統(tǒng)進(jìn)行供電，這樣就能夠?qū)⒍嘤嗟碾娔苓M(jìn)行一定的儲(chǔ)存。蓄電池在系統(tǒng)中發(fā)揮著能源儲(chǔ)存和能量轉(zhuǎn)化的重要作用，同時(shí)，通過對(duì)于儲(chǔ)電池的控制能夠?qū)φ彰飨到y(tǒng)起著能源調(diào)節(jié)和電能穩(wěn)定輸出的作用。直流穩(wěn)壓系統(tǒng)也是智能照明系統(tǒng)中的核心器件，它能夠保證市電或者太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換過的電能的電壓輸出在48伏左右，從而保障POE 供電標(biāo)準(zhǔn)電壓。因此，直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的作用一方面需要將24V 電壓升壓到48V，另一方面保障電壓的穩(wěn)定，保障整個(gè)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。市電模塊是照明系統(tǒng)的備用供電系統(tǒng)，因?yàn)槿绻L(zhǎng)期陰天等環(huán)境下，照明系統(tǒng)是難以滿足照明的需求的，這時(shí)就需要通過市電來(lái)滿足照明系統(tǒng)的需要的。但是在正常情況下，市電是處于一個(gè)斷開的狀態(tài)，只有系統(tǒng)的供電功率滿足不了實(shí)際的需求了，照明系統(tǒng)才會(huì)引入市電進(jìn)行供電。系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中需要利用蓄電池合理充放電保證照明系統(tǒng)地正常工作，但是蓄電池在長(zhǎng)期充放電的過程中會(huì)造成一定的損耗，如何有效地延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命也是照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的重要問題。智能照明系統(tǒng)地智能性主要體現(xiàn)在照明系統(tǒng)的多種照明模式，照明模式在自動(dòng)模式下根據(jù)環(huán)境不同可以自動(dòng)調(diào)節(jié)照明模式，之所以能夠完成照明模式的切換，主要在智能照明系統(tǒng)中配備了霍爾傳感器、照度傳感器、熱釋電紅外傳感器、刀閘開關(guān)、旋鈕開關(guān)和觸摸開關(guān)的外圍設(shè)備，通過傳感器采集環(huán)境參數(shù)的變換，從而切換到合適的照明模式下。如果在手動(dòng)模式下，用戶可以根據(jù)自己的喜歡合理地設(shè)置照明模式。基于PoE 技術(shù)的太陽(yáng)能LED 智能照明系統(tǒng)的照明效率比傳統(tǒng)模式的照明效率提高了很多，同時(shí)也符合綠色發(fā)展原則。

2 基于PoE 技術(shù)的太陽(yáng)能LED 智能照明系統(tǒng)中的EPON 技術(shù)概述

EPON 是一種采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單光纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不是固定的，可以靈活地形成徑向、環(huán)形、混合等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。EPON 系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)端的光行終端(OLT)、用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)、用戶端的光學(xué)配電網(wǎng)(ODN)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成。

（1）光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)、用戶端光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)、網(wǎng)絡(luò)端光線終端(OLT)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等部分共同構(gòu)成了POE系統(tǒng)。每個(gè)設(shè)備系統(tǒng)通常部署在35/10 kv 變電站中，并通過使用光纜和OLT 連接。然后，一個(gè)同步數(shù)字層次(SDH)設(shè)備通過一個(gè)千兆以太網(wǎng)接口連接到OLT 和光纖骨干網(wǎng)絡(luò)，從而建立連接。

（2）ONU 是用戶端設(shè)備，通常置于配電變壓器、RMUs和列上開關(guān)中。通過ONU 可以將各種寬帶數(shù)據(jù)和信息傳輸給連接的用戶。此外，終端用戶可以在收到數(shù)據(jù)后將相關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)送給OLT。工業(yè)級(jí)設(shè)備通常用于配電自動(dòng)化和功耗信息采集，非工業(yè)級(jí)通常用于家庭光纖。本研究主要分析了用于收集電力信息的非工業(yè)POE 系統(tǒng)和設(shè)備。

3 基于PoE 技術(shù)的太陽(yáng)能LED 智能照明系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)

（1）遠(yuǎn)程通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。①利用POE 技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由光纖接入網(wǎng)絡(luò)(由POE 設(shè)備系統(tǒng)組成)和光纖骨干網(wǎng)絡(luò)(由SDH 設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成)組成。POE 光纖接入網(wǎng)絡(luò)將光纖專用網(wǎng)從開關(guān)站、變電站等重點(diǎn)站點(diǎn)擴(kuò)展到開關(guān)柜、變壓器、開關(guān)柜、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)柜等主節(jié)點(diǎn)和集中器所在的位置。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵。②OLT 的放置方法比較靈活，可以根據(jù)實(shí)際情況放置在變電站上。為了使POE 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍更廣，也可以設(shè)置在開關(guān)室。光纖千兆以太網(wǎng)接口通常用于將SDH 連接到OLT，傳輸距離約為100km。

（2）本地通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。局部通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指采集終端與各居民用戶之間的數(shù)據(jù)通信。目前，常用的本地信道通信技術(shù)概括為低壓電力線窄帶載波、低壓電力線寬帶載波、微功率無(wú)線、RS-485 總線共4 大類。表1 顯示了幾種本地通信方法的比較。

表1 幾種本地通信方式的比較

如表1 所示，本地通信一般采用低壓電力線載波、微功率無(wú)線、RS-232 和RS-458 相結(jié)合的方式。由于集線器與集線器和儀表之間的距離較長(zhǎng)，微功率無(wú)線、RS-232 和RS-458 無(wú)法很好地解決通信問題。因此，低壓電力線載波是目前推薦的方法。它的優(yōu)勢(shì)在于低成本和高穩(wěn)定性。然而，由于低壓電力線載波通信受信道質(zhì)量的影響較大，因此，載波模式并沒有解決完全采集的問題。低壓電力線除了衰減較大、失真較大外，還存在各種有色噪聲。它會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)造成很大的干擾。受低壓電力線載波通信成本的限制，其通信速率一般較低，通信可靠性不高，不能滿足未來(lái)的應(yīng)用需求，技術(shù)成熟度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于POE 技術(shù)。隨著光通信成本的降低，光纖復(fù)合相線技術(shù)的發(fā)展，以及光纖技術(shù)的發(fā)展推廣，POE 技術(shù)在本地通信網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)了光通信的過程。這種技術(shù)雖然目前成本較高，但是可以應(yīng)用于城市新住宅區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表的過程。POE 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、高可靠性和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用將使功耗信息采集系統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)具有極高的容量，能夠輕松擴(kuò)展業(yè)務(wù)范圍和內(nèi)容，提供增值服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

POE 技術(shù)以其低功耗、綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)等優(yōu)點(diǎn)不斷被應(yīng)用于智能小區(qū)開發(fā)過程中，在未來(lái)一定會(huì)獲得更加廣闊的市場(chǎng)。本文重點(diǎn)介紹了基于PoE 技術(shù)的太陽(yáng)能LED 智能照明系統(tǒng)的組成以及中間設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，希望本文論述的內(nèi)容能帶給相關(guān)工作者一定的啟示。