基于LED和超級電容的智能小區太陽(yáng)能路燈

　　若直接采用光伏電池對蓄電池充電，當光照較弱且存在其他干擾因素時(shí)其輸出電壓會(huì )不穩定，導致光伏電池在充電時(shí)難以保持在充電最小電壓上，最后導致系統在該光照范圍內不能對蓄電池正常充電。系統通過(guò)采用超級電容，把陰天時(shí)太陽(yáng)電池的不穩定的輸出能量蓄積起來(lái)，等到滿(mǎn)足一定的電壓條件時(shí)，通過(guò)升壓電路把超級電容中的能量釋放到蓄電池，升壓電路圖如圖2 所示。這種采用超級電容的方式可以提高在太陽(yáng)光照射不強時(shí)的發(fā)電效率。

圖2 充電升壓電路

　　LED 的控制電路比較簡(jiǎn)單，直流驅動(dòng)即可，且其壽命可達10 萬(wàn)h。但是，驅動(dòng)電流的大小在很大程度上影響著(zhù)LED 的壽命，如果電流太大，則可能引起LED 光衰現象嚴重，且壽命減少。故必須合理設計其驅動(dòng)電路，如圖3 所示為用BUCK電路實(shí)現的LED 恒流控制電路。

圖3 LED 的恒流控制電路

　　5 防雷接地的設計

　　LED 路燈的工作電壓為12 V，屬于安全電壓，不做電氣保護接地。但LED 路燈金屬燈桿應做防雷接地，接地電阻經(jīng)測試為8 Ω，符合要求。

　　太陽(yáng)能路燈照明系統的配置本智能小區的一盞太陽(yáng)能路燈的系統基本配置如表2 所示：

　　6 結束語(yǔ)

　　智能小區太陽(yáng)能路燈系統投入運行后，10 W的新型LED 光源足夠用來(lái)照明，超級電容的應用能夠保證給蓄電池合理充電，提高了充電效率，延長(cháng)儲能元器件的壽命，特別是陽(yáng)光不太充足的時(shí)候，系統能夠更好地存儲能量，其儲能可以連續供照明燈具使用7 天。系統的設計始終遵循智能建筑“節能和環(huán)保”的理念，應用了太陽(yáng)能、長(cháng)壽命的LED 光源和超級電容。如果再增加25 只超級電容器，則電容儲能可以供給路燈一天的照明，隨著(zhù)超級電容容量的擴大和價(jià)格的降低，將其用做儲能元件是可行的，智能小區的太陽(yáng)能路燈系統也是對超級電容器應用的一個(gè)嘗試。

　　智能小區不只是高科技的應用，更注重節能和環(huán)保，本太陽(yáng)能路燈照明系統在一般太陽(yáng)能路燈的基礎上進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化，采用了LED 光源和超級電容，充電效率更高，元件壽命更長(cháng)，比一般太陽(yáng)能路燈更加節能和環(huán)保。本太陽(yáng)能路燈系統主要由光伏電池極板、儲能電池、超級電容器、照明燈具和控制器等幾個(gè)部分構成。

　　1 照明燈具及控制方式的設計

　　1.1 照明燈具的設計

　　傳統的照明燈具效率低，如白熾燈、鹵鎢燈等，不適合智能建筑節能理念，各種照明光源的性能比較如表1 所示。白光超高亮度的LED 燈具，光效為45 lm/W，雖然不高，但是發(fā)出的光線(xiàn)都在可見(jiàn)光范圍內，適合用于照明光源。LED 燈具壽命長(cháng)，可達100 000 h 以上，可以有效減少燈具垃圾。另外，LED 由低壓直流電源供電，更加安全，而且適合頻繁開(kāi)、關(guān)。因此太陽(yáng)能照明系統選擇了12 V、10 W 的白光超亮大功率LED 燈具，其光效可以達450 lm/W，相當于50 W 的白熾燈，可以達到良好的照明效果。

　　1.2 照明燈具的控制方式

　　太陽(yáng)能照明燈具的開(kāi)、關(guān)控制方式主要有兩種： 定時(shí)控制和光照控制。

　　定時(shí)控制是設定每天的開(kāi)、關(guān)燈時(shí)間后由系統自動(dòng)控制，但是隨著(zhù)季節的變化需要不斷調整設定時(shí)間，否則就會(huì )出現天黑不亮燈，天亮不熄燈的情況，造成能源浪費。光照控制是系統通過(guò)檢測光照度來(lái)開(kāi)、關(guān)照明燈具，如光照度低于10 lx時(shí)開(kāi)燈，高于10 lx 時(shí)熄燈，這樣既能滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，又能節約電能，符合智能建筑的理念。所以系統照明燈具的開(kāi)、關(guān)采用光照控制方式。

　　光照控制方式的工作時(shí)間和本地的緯度及當天的太陽(yáng)赤緯角有關(guān)，而且日出前半小時(shí)和日落前半小時(shí)，天空的余光足夠照明，可以不開(kāi)路燈，這樣每天可以少開(kāi)燈1 h。智能小區位于東緯116. 84°、北緯38. 31°的位置，本地區光照控制路燈在冬至時(shí)工作時(shí)間最長(cháng)為12 h，夏至時(shí)工作時(shí)間最短為9h?？梢钥闯?，光照太陽(yáng)能路燈工作時(shí)間變化不是太大，可以認為是均衡性負載，其對太陽(yáng)電池板傾角的影響不大。