太陽(yáng)能大功率LED路燈的設計

摘要：為積極響應國家節能減排、大力開(kāi)發(fā)利用新能源的號召，以實(shí)際應用為目的，圍繞太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和LED照明技術(shù)，設計了一套太陽(yáng)能LED路燈照明系統。介紹了太陽(yáng)能電池功率的選取原則及與蓄電池容量的匹配方法，重點(diǎn)分析研究了基于A(yíng)Tmegal28單片機和XLT604驅動(dòng)器的太陽(yáng)能照明系統中的太陽(yáng)能控制器和LED驅動(dòng)，同時(shí)就LED在芯片的功率選取、組合方式等問(wèn)題上進(jìn)行了分析。所設計的太陽(yáng)能LED路燈照明系統照度良好、環(huán)保節能，滿(mǎn)足太原地區城市道路照明的要求。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能組件；大功率LED；組合方式；驅動(dòng)器XLT604；太陽(yáng)能路燈

近年來(lái)隨著(zhù)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和LED照明技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能LED路燈已進(jìn)入了城市照明領(lǐng)域。LED作為照明光源與傳統的照明光源相比具有直流低電壓驅動(dòng)、耗電量少、抗振動(dòng)、壽命長(cháng)、納秒級的響應速度、設計空間大、環(huán)保、可連續開(kāi)關(guān)閃斷，能輕松實(shí)現O～100％調光功能等優(yōu)點(diǎn)，被認為是新一代的綠色照明設備。太陽(yáng)能LED路燈是以太陽(yáng)能作為能源。每個(gè)路燈均是獨立的，安裝方便，無(wú)需鋪設電纜電線(xiàn)，無(wú)需交流電能和電費，采用直流供電，光控定時(shí)控制，安全可靠、節能、經(jīng)濟、環(huán)保，實(shí)用。

1 太陽(yáng)能電池板與蓄電池的選取
1．1 太陽(yáng)能電池板選取
目前單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率約為15％，最高達到24％，是目前所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中光電轉換效率最高的，技術(shù)也最為成熟。使用壽命一般可達15 a，最高可達25 a。多晶硅太陽(yáng)能電池比單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率要降低不少，其光電轉換效率約12％，同時(shí)多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池光電轉換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平約為10％，且不夠穩定，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，其轉換效率衰減，直接影響了其實(shí)際應用。所以目前多采用單晶硅太陽(yáng)能電池。
根據太陽(yáng)能輻射原理，太陽(yáng)能電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當地的緯度、海拔、大氣的污染程度或透明程度、一年當中四季的變化、一天時(shí)間的變化、到達地面的太陽(yáng)輻射值、散分量的比例、地表面的反射系數、太陽(yáng)能電池方陣的運行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽(yáng)能電池方陣表面的清潔程度等。太陽(yáng)能照明系統充放電效率取0．75。太陽(yáng)能電池組件組失修正系數取0．95，灰塵遮擋及其他損失修正系數取0．90。經(jīng)過(guò)查詢(xún)資料和單位換算及簡(jiǎn)化處理后，可得到太陽(yáng)能電池總用量P的計算公式

式中，QL為負載日功耗(Wh)；HL為水平面年平均日輻射量(KJ／(m2·d))；Kop為斜面輻射最佳輻射系數；A為安全系數，一般取1.1～1.3。
1．2 蓄電池的選取
蓄電池的容量要根據太陽(yáng)能電池板的功率和LED路燈的功率以及照明時(shí)間來(lái)決定，蓄電池應與太陽(yáng)能電池、LED路燈相匹配?？捎靡环N簡(jiǎn)單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽(yáng)能電池功率必須高出負載功率4倍以上，系統才能正常工作。太陽(yáng)能電池的電壓要超過(guò)蓄電池的工作電壓20％～30％，才能保證給蓄電池正常蓄電。因此，蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。
蓄電池的容量Bc的計算公式：

式中，PL為日平均耗電量，D為陰雨天數，Kb為安全系數，1.1～1.4(包括了溫度修正系數To=O℃上為1，-10℃上為1.1，-lO℃下為1.2，放電深度cc=O．75)，V為工作電壓。
根據式(2)可以估算出蓄電池的容量，同時(shí)蓄電池的充電效率的高低取決于充電的方式。根據系統要求和對各種指標的核定，這里選用12 V 100 Ah閥控密封式鉛酸蓄電池。

2 太陽(yáng)能控制器硬件設計
太陽(yáng)能控制器全稱(chēng)為太陽(yáng)能充放電控制器，是控制太陽(yáng)能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給負載供電的自動(dòng)控制設備。能自動(dòng)防止蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電。它對蓄電池的充、放電條件加以規定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個(gè)系統的核心控制部分。
本文設計的充電控制器用ATmegal28單片機作為主控器件，檢測太陽(yáng)能電池板的輸出電壓，選擇適合的DC／DC支路，檢測蓄電池的電壓值，根據蓄電池的電荷狀態(tài)，選擇合適的充電方式，為蓄電池提供過(guò)充電、過(guò)放電保護。

圖1為采用斬波式PWM充電原理圖，檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓與給定點(diǎn)電壓比較。若蓄電池的電壓小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電；若大于給定電壓，則根據比例調整功率管的占空比，充電進(jìn)入慢充階段，改善充電特性，最后進(jìn)入涓流充電，防止過(guò)充。