光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計研究

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽能作為一種清潔能源，正廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域，尤其是在道路路燈方面，是照明的理想光源。基于此，本文調(diào)查了光伏太陽能LED路燈照明的工作原理，并著重研究該照明系統(tǒng)的設(shè)計，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞 光伏太陽能;LED路燈;照明系統(tǒng)

引言

隨著化石能源的缺乏以及環(huán)境污染情況的加重，投入使用可再生的清潔能源是時代的要求，也是社會發(fā)展的要求。路燈照明所使用的電能占照明總用電量的三分之一，因此，研究設(shè)計光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)是十分重要的。

1光伏太陽能LED路燈照明的工作原理

LED路燈所具有的高光效、大功率的優(yōu)勢特點使其發(fā)展迅速，并成為當(dāng)前階段的新光源。不僅如此，LED燈的使用壽命長且對環(huán)境污染性小，這對減少資源的浪費以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。同時，LED燈所采用的電流是直流電，與太陽能光伏發(fā)電電源十分匹配，因此，光伏太陽能LED路燈照明具有極強(qiáng)的環(huán)保優(yōu)勢。該類型路燈的組成主要是蓄電池、光控單位以及光伏太陽能電池組件等，具有極強(qiáng)的節(jié)能效果。而光伏太陽能LED路燈的工作原理是應(yīng)用光伏太陽能電池組件，運用光生伏特效應(yīng)將清潔能源太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并將轉(zhuǎn)化的電能儲存在蓄電池中，該過程皆有智能控制器完成。而且，在光伏太陽能LED路燈運作過程中，控制器會實時監(jiān)測路燈的照明亮度，若是低于10lux且電壓在4.5V以下，則會自動啟動蓄電池，為路燈提供電能[1]。

2研究光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計思路

光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)相較于以往傳統(tǒng)的太陽能照明系統(tǒng)存在更大的優(yōu)勢，這得益于所增添的細(xì)節(jié)設(shè)計。首先，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計了光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中工作組件的功率以及蓄電池所蓄電能的容量;其次，該系統(tǒng)結(jié)合了路燈照明的實際需要，對電氣、光源以及其他設(shè)備進(jìn)行了合理的選擇，使其能夠穩(wěn)定運作;最后，優(yōu)化了照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性。通過掌握路燈所在地區(qū)的日照情況，對該路燈的開閉時間以及功率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步降低能源的浪費。

2.2 光伏太陽能LED路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

簡單來說，光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)所利用的就是太陽能電池產(chǎn)生的光伏效應(yīng)，通過將白天所收集太陽能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，到晚上供應(yīng)給LED路燈，減少電能的浪費，提高對清潔資源的利用率。而光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)設(shè)計主要是以下幾個方面：第一，太陽能電池的應(yīng)用設(shè)計。該設(shè)計環(huán)節(jié)主要是將太陽能有效轉(zhuǎn)化為電能，并將電能存放在蓄電池中。該設(shè)計是光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)的核心。第二，MCU控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)的控制中心，主要是提供穩(wěn)定的電壓和電流給蓄電池，進(jìn)行實現(xiàn)高效充電。而且，在該控制系統(tǒng)下，能夠有效減少充電時所產(chǎn)生的損耗，一方面增加了蓄電池的使用年限，另一方面避免出現(xiàn)過放電情況，提高充電的穩(wěn)定性。第三，PWM智能充電設(shè)計。太陽能電壓輸出具有不穩(wěn)定的特點，所以，通過設(shè)計使用PWM智能充電，通過智能模板將電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，進(jìn)而提高其穩(wěn)定性。第四，蓄電池的使用設(shè)計。該部件的設(shè)計能夠有效存儲直流電能。第五，LED驅(qū)動電路設(shè)計。該電路的設(shè)計主要是為了解決蓄電池電壓問題。若是蓄電池在放電時出現(xiàn)降低的情況，該電路能夠幫助LED路燈接收到穩(wěn)定的驅(qū)動電流，進(jìn)而保證路燈照明的亮度。

2.3 光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中的智能設(shè)計

智能控制系統(tǒng)設(shè)計。光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中的智能控制系統(tǒng)主要利用的是智能控制器。該控制器在設(shè)計制造時就結(jié)合了該照明系統(tǒng)的特點，所以，能夠很好地適應(yīng)太陽能直流供電系統(tǒng)。智能控制器能夠進(jìn)行良好的智能化控制，主要依托的是專門的微處理器芯片。而且，在設(shè)計該控制器時，其開關(guān)采用的是一鍵式輕觸的類型，而且具有極多的智能化功能。例如出現(xiàn)短路情況時，能夠自動關(guān)斷以及恢復(fù)，具有良好的保護(hù)功能。不僅如此，該控制系統(tǒng)還能夠?qū)崟r采集蓄電池的放電環(huán)境以及電流等相關(guān)數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。

PWM的智能充電設(shè)計。根據(jù)蓄電池的特點以及電池板的特性，研發(fā)人員設(shè)計了多種充電方法，有三階段充電法、恒流充電法等，但仍存在一定的問題[2]。但是，在光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中，所采用的充電方法是低頻PWM智能充電法，不僅避免蓄電池氣體析出現(xiàn)象的出現(xiàn)，還能夠延長蓄電池的使用年限。PWM智能充電方法的設(shè)計核心主要是應(yīng)用了先進(jìn)的PICI6F877A單片機(jī)所帶的AD轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行實時檢測。

LED路燈的驅(qū)動設(shè)計。由于LED路燈是一種半導(dǎo)體，所以，所需要的電源類型是低壓直流電源。光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中控制LED電流使用的是集成電路PAM2842，能夠有效確保驅(qū)動電流的穩(wěn)定性。

2.4 LED路燈燈頭設(shè)計

由于LED路燈在運行過程中會產(chǎn)生熱量，因此，在設(shè)計燈頭時，散熱功能是設(shè)計重點。在光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)中，設(shè)計人員通過結(jié)合路燈的使用環(huán)境以及節(jié)能效果等各個方面，采用的散熱方式是被動式散熱法。使用該方法設(shè)計的LED路燈燈頭不僅結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小且外觀輕薄，而且該燈殼的設(shè)計是與路燈的外置式散熱器相配合的。通過角度的合理傾斜，可使用雨水沖掉路燈上的積灰。該方法主要利用的是路燈上方的空氣流動進(jìn)行散熱，極大地貼合了IP防護(hù)要求。

3結(jié)束語

綜上所述，光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)不僅能耗低而且性能方面也有極大的進(jìn)步。因此，相關(guān)人員應(yīng)繼續(xù)對該系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行分析、研究，不斷優(yōu)化光伏太陽能LED路燈照明系統(tǒng)性能，減少電能的損耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 孔軼.太陽能LED路燈照明系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（33）：75-76.

[2] 杜國紅，葉飛，沈柳青.太陽能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（26）：75-76.

作者簡介

陸尤欣（1976-），男，江蘇無錫人;學(xué)歷：大專，職稱：電工技師;現(xiàn)就職單位：無錫照明股份有限公司，研究方向：LED路燈照明。