自適應單純太陽(yáng)能路燈控制器的設計

大陽(yáng)能路燈以其無(wú)需鋪設電纜，不消耗常規能源等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛認可。然而太陽(yáng)能路燈還存在一些問(wèn)題造成其成本偏高，可靠性不穩定，、比如電池往往不到一年就需要更換，不僅提高了后期維護的費用，而且增加了客戶(hù)的消費成本，也造成了資源浪費。其次是太陽(yáng)能屬于不穩定能源，而且能量分布不均，夏天能量充足，但路燈使用時(shí)間短，冬天有效光照時(shí)間短，但路燈使用時(shí)間長(cháng)，大大降低了運行的可靠性，其原因主要受到太陽(yáng)能路燈控制器性能的影響。太陽(yáng)能控制器是太陽(yáng)能光伏系統中的核心部分，主要完成對蓄電池的充、放電、調光和路燈的開(kāi)、美控制，以及在過(guò)充、過(guò)放電、過(guò)載等情況發(fā)生時(shí)對系統進(jìn)行及時(shí)和有效地保護，保證照明時(shí)間，確?？煽啃?，有效延長(cháng)電池壽命，降低成本。

1 太陽(yáng)能路燈控制器的主要設計要求和發(fā)展階段

太陽(yáng)能路燈控制器的技術(shù)和質(zhì)量的主要要求有：

1）供電系統，根據太陽(yáng)能路燈蓄電池板特性，要設計成恒流輸出：

2）過(guò)充，過(guò)放保護；

3）具有系統功率調節功能；

4）建立網(wǎng)絡(luò )控制系統；

5）根據市場(chǎng)要求，產(chǎn)品模塊化。

太陽(yáng)能路燈控制器的發(fā)展到日前為止已經(jīng)經(jīng)歷了3個(gè)階段：第一代功能比較簡(jiǎn)陋，開(kāi)關(guān)燈控制需要外接光敏感應器，定時(shí)時(shí)間不可設置，沒(méi)有電池保護電路，系統壽命非常短暫，很快就被市場(chǎng)淘汰：第二代在第一代的基礎上，設置了電池保護電路，通過(guò)太陽(yáng)能路燈蓄電池組件搜集光敏數據，通過(guò)開(kāi)關(guān)或程序設置定時(shí)，技術(shù)上有了階躍式的發(fā)展，逐漸被市場(chǎng)接受：第三代路燈控制器在于多數商家采用了PWM充電控制功能，對蓄電池進(jìn)行涓流充電，有效延長(cháng)了電池壽命，降低了使用成本，從而進(jìn)一步擴大市場(chǎng)占有率。

一個(gè)好的控制器可以彌補甚至解決純太陽(yáng)能路燈的諸多問(wèn)題，提高其呵靠性。白適應太陽(yáng)能供電路燈需要開(kāi)發(fā)第四代控制器，它的特點(diǎn)是具有白適應燈的功率調節功能，電量檢測和剩余電量計算是必備的：同時(shí)具有組網(wǎng)功能，這樣可以保持整條街的路燈亮度一致，并可以進(jìn)行通訊。

2 自適應單純太陽(yáng)能供電路燈控制器的設計

日前各種現代控制理論，如白適應控制、自學(xué)習控制、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制等先進(jìn)控制理論和算法也大量應用在光伏發(fā)電系統中。其中自適應控制太陽(yáng)能供電路燈控制器設計是值得推進(jìn)的技術(shù)。

2.1設計目標

白適應單純太陽(yáng)能供電路燈的設計目標：主要針對支路和供行人和非機動(dòng)車(chē)通行的居住區道路和人行道路燈，對于南風(fēng)能供電或風(fēng)光互補的路燈系統本設計同樣適合：由于太陽(yáng)能的不可靠性以及主干道的照明設計標準的嚴格性，單純太陽(yáng)能供電比市電供電的路燈控制器的設計更為復雜，如系統控制需要太陽(yáng)能和市電切換，則在本設計的基礎上進(jìn)行精簡(jiǎn)就好了。目標地點(diǎn)位于北京市內。

2.2 自適應單純太陽(yáng)能供電路燈控制器設計特點(diǎn)及功能

白適應單純太陽(yáng)能供電路燈控制器設計方案的宗旨：通過(guò)精確控制，達到降低成本，提高可靠性的日的。主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)及功能（以太陽(yáng)能路燈儲能器件為鉛酸電池為例）：

1）MPPT電路

根據太陽(yáng)能路燈蓄電池板的特性，如將太陽(yáng)能路燈蓄電池陣列的輸出電壓控制在某個(gè)恒定電壓值附近，則太陽(yáng)電池在整個(gè)工作過(guò)程中近似日標在最大功率點(diǎn)處，太陽(yáng)能電池組件的能量轉換效率最高。利用PWM技術(shù)并通過(guò)對負載穩壓來(lái)實(shí)現對LED的恒流，從而保證了LED的可靠使用141.采用意法半導體公司的MPPT專(zhuān)用芯片SPV1020.跟蹤效率可達98%,能量轉換效率為95%.理論上，使用MPPT技術(shù)會(huì )比傳統方法效率提高50%,實(shí)際測試中，由于周?chē)h(huán)境影響與各神能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%.

2）過(guò)充過(guò)放保護

采用充電限壓，電池溫升檢測策略，如蓄電池電36 V,充電截止電壓42.5-43 V,充電截止溫度80℃，充電截止溫升30℃。不過(guò)絕大部分時(shí)間蓄電池基本處于欠充狀態(tài)。同時(shí)通過(guò)對電池電壓的數據實(shí)時(shí)采集，利用軟件控制對電池采取限壓保護：通過(guò)實(shí)時(shí)計算電池電量進(jìn)行防過(guò)充過(guò)放保護，電量為100%時(shí)停止充電，電量為20%時(shí)停止放電，為延長(cháng)其壽命，做了第二道防線(xiàn)。圖1 為蓄電池過(guò)充保護流程圖。

圖1 蓄電池過(guò)充保護流程圖