太阳能照明原理、组成及控制系统

　　2）功能控制

　　（1）太阳能路灯控制器的基本要求

太阳能路灯由多个LED灯串联而成，路灯照明系统不但消耗大量的电能，而且还需要投入巨额的日常维护费用，给城市带来电力供应和财政支出的双重压力。制定“按需照明”的供电策略可以缓解这一矛盾。通过编程可以实现对分布在城市繁华路段的路灯机动灵活的控制，可在任意时间段内通过PWM方式实现开关控制，以达到既节电又烘托城市灯光气氛的目的。控制基本要求如下：

　　①对前半夜与后半夜的亮度进行控制，控制比例依情况而定；②开启单边路灯策略，即蓄电池现有电量只供一路路灯照明，另一路路灯关闭；③半夜灯策略，即前半夜开灯，后半夜关灯，蓄电池现有电量只供前半夜照明使用。

太阳能路灯都是以自然光线的强弱来控制照明灯具的开关，这些光控太阳能照明系统的优化设计是系统长期可靠运行的前提。系统容量可以根据当地的地理位置、气象条件和负载状况做出最优化设计。但是由于季节因素，冬天太阳辐射要比夏天少，太阳电池阵冬天产生的电量比夏天少，可是冬天需要照明的电量却比夏天多，从而使照明系统的发电量与需电量形成反差，依然难以平衡月发电量盈余和耗电量亏损。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断地对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高，因此在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断地趋于完善。

　　根据太阳能路灯系统的特点，路灯运行要兼顾蓄电池剩余容量的影响。当路灯正常开启时，根据蓄电池剩余容量检测法得到当前蓄电池容量，通过查询后得到蓄电池将要维持的供电时间，平均使用蓄电池现有电量，同时根据当晚可使用的蓄电池电量对路灯照明方式灵活控制，合理使用蓄电池现有电量。

　　（2）蓄电池充放电控制功能

　　蓄电池充放电控制是整个系统的重要功能，它影响整个太阳能路灯系统的运行效率，还能防止蓄电池组的过充电和过放电。蓄电池的过充电或过放电对其性能和寿命有严重影响。充放电控制功能，按控制方式可分为开关控制（含单路和多路开关控制）型和脉宽调制（PWM）控制（含最大功率跟踪控制）型。本系统采用脉宽调制控制器方式，并选用MOS晶体管作为开关器件。当白天晴天的情况下，根据蓄电池的剩余容量，选择相应的占空比方式向蓄电池充电，力求高效充电；夜间根据蓄电池的剩余容量及未来的天气情况，通过调整占空比方式进而调节LED灯亮度，以保证均衡合理使用蓄电池。

　　此外系统还具有对蓄电池过充的保护功能，即充电电压高于保护电压（15V）时，自动调低蓄电池的充电电压；此后当电压掉至维护电压（13.2V）时，蓄电池进入浮充状态，当低于13.2V后浮充关闭，进入均充状态。

　　当蓄电池电压低于保护电压（11V）时，控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过PWM方式充电，既可使太阳能电池板发挥最大功效，又提高了系统的充电效率。本设计对蓄电池的反接、过充，过放具有相应保护措施。

　　（3）太阳能路灯运行方式控制功能

　　高亮度大电流LED灯，由于相同亮度的情况下，比白炽灯省电约90%，得到了广泛的应用，现已有逐渐替代常规照明灯的趋势。

　　太阳能路灯由多个LED灯串联而成，亮度通过PWM方式可调，即通过EN端改变流经LED的电流，从而调节LED灯亮度，电流强度可以从几毫安到1安培，最终使LED灯达到预期的亮度。

　　PWM信号可由微控制器产生，也可由其它脉冲信号产生，PWM信号可使通过LED灯的电流从0变到额定电流，即可使LED灯从暗变为正常亮度。PWM占空比越小（高电平时间长），亮度越高。利用PWM控制LED的亮度，非常方便和灵活，是最常用的调光方法，PWM的频率可从几十Hz到几千Hz。

　　PWM调光是通过控制MOSFET晶体管实现的。

　　由于本系统路灯单元采用的电压是由几个蓄电池串联产生的，所以选用MOSFET晶体管时，首先要考虑MOSFET的耐压，本系统要求MOSFET的耐压要高于40V；其次，根据驱动LED灯电流的大小，选择MOSFET的IDS的最大电流。在直流供电情况下，首先考虑的是IDS最大电流值和RDS值。一般情况下，应选用MOSFET的IDS最大电流是LED灯驱动电流的5倍以上；另外还要选择MOSFET的内阻要小；LED驱动电流越大，RDS应越小，RDS越小，变换效率越高。

　　城市太阳能路灯是和人民生活密切相关的公共设施，它在一定程度上反映了城市的繁荣程度及发展水平。在过去很长一段时间内，路灯的更新多是局限于其照明部分，随着城市及电子技术的发展，城市路灯系统经历了手工控制、自动定时/光电控制、计算机程序控制的发展过程。用计算机来实现城市太阳能路灯系统的自动控制，对于提高城市的现代化管理水平，节省人力、物力，都具有良好的经济和社会效益。通过有效的调节灯光开关时间，能够极大地提高了路灯系统的工作质量和工作效率，为城市照明系统的运行、维护、扩展、提供全面的解决方案和强有力的技术支持，提高了城市照明运行管理水平。