中心議題：

• 太陽能路燈控製器的主要設計要求和發展階段介紹
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器的設計
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案模擬

解決方案：

• MPPT電路介紹
• 過充過放保護介紹
• 智控開關
  
  ，實時監測
  
  ，預警功能介紹
• 亮度的自適應調節介紹

摘要：基(ji)於(yu)改(gai)善(shan)季(ji)節(jie)性(xing)負(fu)載(zai)光(guang)伏(fu)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)目(mu)的(de)，采(cai)用(yong)新(xin)一(yi)代(dai)自(zi)適(shi)應(ying)單(dan)純(chun)太(tai)陽(yang)能(neng)供(gong)電(dian)路(lu)燈(deng)控(kong)製(zhi)器(qi)設(she)計(ji)的(de)方(fang)法(fa)，通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)調(tiao)節(jie)，電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)和(he)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)計(ji)算(suan)、組網功能等對蓄電池的充、放電以及路燈的開、關、最大功率跟蹤等智能控製

，提高了太陽能電池的de轉zhuan換huan效xiao率lv
，延yan長chang了le蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming
，降jiang低di產chan品pin造zao價jia。得de到dao了le自zi適shi應ying單dan純chun太tai陽yang能neng供gong電dian路lu燈deng控kong製zhi器qi是shi提ti高gao季ji節jie性xing負fu載zai光guang伏fu太tai陽yang能neng路lu係xi統tong可ke靠kao性xing保bao證zheng的de結jie論lun。

dayangnengludengyiqiwuxupushedianlan，buxiaohaochangguinengyuandengyoudiandedaoleguangfanrenke。ranertaiyangnengludenghaicunzaiyixiewentizaochengqichengbenpiangao
，kekaoxingbuwending，
、birudianchiwangwangbudaoyinianjiuxuyaogenghuan，bujintigaolehouqiweihudefeiyong，erqiezengjialekehudexiaofeichengben，yezaochengleziyuanlangfei。qicishitaiyangnengshuyubuwendingnengyuan
，erqienengliangfenbubujun

，xiatiannengliangchongzu
，danludengshiyongshijianduan，dongtianyouxiaoguangzhaoshijianduan，danludengshiyongshijianchang，dadajiangdileyunxingdekekaoxing
，qiyuanyinzhuyaoshoudaotaiyangnengludengkongzhiqixingnengdeyingxiang。taiyangnengkongzhiqishitaiyangnengguangfuxitongzhongdehexinbufen，zhuyaowanchengduixudianchidechong、放電、調光和路燈的開
、美控製，以及在過充、過放電、過載等情況發生時對係統進行及時和有效地保護
，保證照明時間，確保可靠性，有效延長電池壽命，降低成本。

1  太陽能路燈控製器的主要設計要求和發展階段

太陽能路燈控製器的技術和質量的主要要求有：

1）供電係統，根據太陽能路燈蓄電池板特性，要設計成恒流輸出：
2）過充，過放保護；
3）具有係統功率調節功能；
4）建立網絡控製係統；
5）根據市場要求

，產品模塊化。

太陽能路燈控製器的發展到日前為止已經經曆了3個階段：diyidaigongnengbijiaojianlou
，kaiguandengkongzhixuyaowaijieguangminganyingqi
，dingshishijianbukeshezhi，meiyoudianchibaohudianlu

，xitongshoumingfeichangduanzan，henkuaijiubeishichangtaotai：dierdaizaidiyidaidejichushang
，shezhiledianchibaohudianlu，tongguotaiyangnengludengxudianchizujiansoujiguangminshuju，tongguokaiguanhuochengxushezhidingshi，jishushangyoulejieyueshidefazhan
，zhujianbeishichangjieshou：第三代路燈控製器在於多數商家采用了PWM充電控製功能，對蓄電池進行涓流充電，有效延長了電池壽命，降低了使用成本
，從而進一步擴大市場占有率。

一(yi)個(ge)好(hao)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)以(yi)彌(mi)補(bu)甚(shen)至(zhi)解(jie)決(jue)純(chun)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)的(de)諸(zhu)多(duo)問(wen)題(ti)，提(ti)高(gao)其(qi)嗬(he)靠(kao)性(xing)。白(bai)適(shi)應(ying)太(tai)陽(yang)能(neng)供(gong)電(dian)路(lu)燈(deng)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)第(di)四(si)代(dai)控(kong)製(zhi)器(qi)，它(ta)的(de)特(te)點(dian)是(shi)具(ju)有(you)白(bai)適(shi)應(ying)燈(deng)的(de)功(gong)率(lv)調(tiao)節(jie)功(gong)能(neng)，電(dian)量(liang)檢(jian)測(ce)和(he)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)計(ji)算(suan)是(shi)必(bi)備(bei)的(de)：同時具有組網功能，這樣可以保持整條街的路燈亮度一致，並可以進行通訊。

2  自適應單純太陽能供電路燈控製器的設計

日前各種現代控製理論，如白適應控製
、自學習控製、模糊邏輯控製、神經網絡控製等先進控製理論和算法也大量應用在光伏發電係統中。其中自適應控製太陽能供電路燈控製器設計是值得推進的技術。

2.1設計目標

白適應單純太陽能供電路燈的設計目標：主要針對支路和供行人和非機動車通行的居住區道路和人行道路燈，對於南風能供電或風光互補的路燈係統本設計同樣適合：youyutaiyangnengdebukekaoxingyijizhugandaodezhaomingshejibiaozhundeyangexing，danchuntaiyangnenggongdianbishidiangongdiandeludengkongzhiqideshejigengweifuza，ruxitongkongzhixuyaotaiyangnengheshidianqiehuan，zezaibenshejidejichushangjinxingjingjianjiuhaole。mubiaodidianweiyubeijingshinei。

2.2  自適應單純太陽能供電路燈控製器設計特點及功能

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

1）MPPT電路
根gen據ju太tai陽yang能neng路lu燈deng蓄xu電dian池chi板ban的de特te性xing
，如ru將jiang太tai陽yang能neng路lu燈deng蓄xu電dian池chi陣zhen列lie的de輸shu出chu電dian壓ya控kong製zhi在zai某mou個ge恒heng定ding電dian壓ya值zhi附fu近jin
，則ze太tai陽yang電dian池chi在zai整zheng個ge工gong作zuo過guo程cheng中zhong近jin似si日ri標biao在zai最zui大da功gong率lv點dian處chu，太tai陽yang能neng電dian池chi組zu件jian的de能neng量liang轉zhuan換huan效xiao率lv最zui高gao。利li用yongPWM技術並通過對負載穩壓來實現對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技術會比傳統方法效率提高50%,實際測試中，由於周圍環境影響與各神能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%.

2）過充過放保護
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℃。不過絕大部分時間蓄電池基本處於欠充狀態。同時通過對電池電壓的數據實時采集，利用軟件控製對電池采取限壓保護：通過實時計算電池電量進行防過充過放保護

，電量為100%時停止充電
，電量為20%時停止放電，為延長其壽命，做了第二道防線。圖1 為蓄電池過充保護流程圖。
[page]

3）智控開關，實時監測

，預警功能 
進(jin)行(xing)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)電(dian)池(chi)板(ban)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)，蓄(xu)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)，蓄(xu)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)監(jian)測(ce)，以(yi)及(ji)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)檢(jian)測(ce)，采(cai)用(yong)光(guang)開(kai)時(shi)關(guan)，並(bing)實(shi)時(shi)上(shang)傳(chuan)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)及(ji)狀(zhuang)態(tai)數(shu)據(ju)，預(yu)警(jing)故(gu)障(zhang)，保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。圖(tu)2為太陽能路燈的開、關控製流程網。



4）亮度的自適應調節
通常太陽能路燈廠家為了保證連續陰雨天的正常工作
，隻一味地加大蓄電池容量
，一般蓄電池的容量可達電池板容量的5bei，qishizheyangzuobingbunengjiejuewenti。yinweiyinyutiangongzuodekekaoxingbingbuqujueyudianchiderongliang，ershiyouhenduoyinsupinghengerdingde。genjudangqiandiliweizhi，jijie，shijian
，qixiangtiaojian，guangdefusheliang，fuchennongdu
，gongzuohuanjingyijishengyudianliang，zishiyingtiaojiedengdeliangdu
，helifenpeinengliang。youyushejiweichuntaiyangnenggongdian，bukaolvshuangdianyuanqingkuang
，suoyiyaoxiangtigaoxitongkekaoxing
，weiyidefanganjiushixishengdengdeliangdu。

genjudangtianyongdianqiandeshengyudianlianghedangtiandechongdianlianglaijinxingbaishiyingtiaojie，zaibaozhengzhengchangzhaomingdetongshi
，shidianchidegongzuodianchangqibaochizaigaodianwei，bingqieshichongfangdianshenduzai30%以下，根據電池循環壽命曲線，可以延長電池壽命4-5倍

，有效降低太陽能路燈的成本，提高可靠性。以下將分別闡述剩餘電量和充電量的計算過程。

2.2.1  電池電量檢測

1）電量檢測的算法
大量的實驗數據表明，電池老化時蓄電池的內阻與電荷之間有較高的相關性（0.88左右），蓄電池完全充電和完全放電時的內阻相差2-4倍，所以通過測量電池內阻可較準確地檢測電池電量。

2）建立內阻一電量一循環周期的關係曲線
為了得到實時剩餘電量值，要建立一個電量和內阻之間關係的數據庫。

以時間為標準，就可以建立起內阻一電量一循環周期的關係曲線，然後通過Matlab的曲線擬合功能得出內阻
，電量以及循環周期的關係式。蓄電池內阻與剩餘電量關係曲線如

圖3所示
，剩餘電量隨著內阻的增大而成指數趨勢減小。
[page]
3）在線檢測電量
zaitaiyangnengludenggongzuokaishizhiqianjiancechushengyudianliang，caiyongjiaoliuyajiangneizuceliangfacedeneizuzhi，tongguozhazuohaodeshujubiao，bingjinxingshujuxiaozheng
，dedaoduiyingdedianliangzhi。

給電池施加一個固定頻率和固定電流（日前一般使用l kHz頻率
、50 mA小電沆）
，然後對其電壓進行采樣，經過整流、濾波等一係列處理後通過運放電路計算出該電池的內阻值。圖4為在線測量剩餘電量硬件框圖。

2.2.2充電量計算

充電量是通過太陽能電池板接收輻射強度和電池板麵積計算得到的。太陽能電池板接收輻射強度為單日輻射強度與sin a的乘積，其中a為正午太陽輻射與電池板的平均夾角。電池板麵積可參考配置計算部分的內容，並且經過優化得到的。

2.2.3剩餘電量計算

通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)電(dian)流(liu)在(zai)時(shi)域(yu)上(shang)的(de)積(ji)分(fen)，可(ke)得(de)出(chu)電(dian)量(liang)變(bian)化(hua)值(zhi)，在(zai)路(lu)燈(deng)工(gong)作(zuo)前(qian)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)作(zuo)為(wei)初(chu)始(shi)電(dian)量(liang)
，則(ze)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)為(wei)初(chu)始(shi)電(dian)量(liang)減(jian)去(qu)電(dian)量(liang)變(bian)化(hua)值(zhi)。同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)對(dui)MPPT電路的輸出電流做積分，作為電量變化的校正值，從而得到較準確的剩餘電量值。圖5為剩餘電量計算流程圖。 [page]
1）Zighee無線通訊係統連網
保證整條路的路燈的開，關時間一致
，馬路亮度均勻

，保證駕駛安全，避免駕駛員視覺疲勞；實時傳送數據，進行遠程監測和控製：在線軟件升級，降低維護及調試成本：待機睡眠
，降低係統功耗。將Zigbee無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)於(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)牛(niu)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)參(can)數(shu)檢(jian)測(ce)中(zhong)，將(jiang)極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)測(ce)試(shi)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)，對(dui)提(ti)高(gao)蓄(xu)電(dian)池(chi)牛(niu)產(chan)質(zhi)量(liang)和(he)效(xiao)率(lv)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)問(wen)。

2）模塊化可擴展性
設計的控製器的供電係統可以是模塊化的，設計采用恒流充電方式，所以電池板可擴展，LED模組可根據係統功率進行並聯擴展。

根據如上計算
，具體設計框圖如圖6所示，為太陽能路燈控製係統硬件框架。圖7為太陽能路燈控製係統電路原理圖。

3  自適應單純太陽能供電路燈控製器設計方案模擬

開關燈的時間根據天安門升降旗時間而定，如表1所示
，全年最長點燈時長茌12月為14.52小時，最短為9.13小時。照明時間分為3個時段，第一個時段從當天天安門降旗時刻開始，為5個小時
，第二個時段到早上5點
，第三個時段從5點到滅安門升旗時刻，燈光亮度各時段權重比為5:2:3,如果以100 W光源為設計標準

，則光源功耗最大為1.068 5 kW-h。
[page]
圖8顯示根據表1中的數據得m的各月太陽能電池板麵積排列柱形罔，從而可以選定電池板的麵積為柱形途中的拐點處2月的畫積值，太陽電池板麵積為2.2 IT12.蓄電池為115 Ah.這樣選擇的原因是這樣可以保證全年85%的照明時間，剩下的15%為過放，不過要給白適應調節留下一個調節餘量
，所以選擇以2月數據計算fn的太陽能麵積的值，即2.216 2 m2,過放的情況為3個月，過放比率為25%,從而有100/e的調節空間。



4 結  論

白適應單純太陽能供電路燈控製器的設計，實現了以MPPTdianluweikongzhihexindezhinengtaiyangnengludengkongzhiqi
，juyouwaiweidianlujiandan
，kekaoxinggaodetedian，shixianletaiyangnengdianchidezuidagonglvdiangenzong，caiyonglehelidexudianchichongfangdiancelve，shixiansuanfajiandan，jitigaoletaiyangnengdianchibandeshiyongxiaolv
，youyanchanglexudianchideshiyongshouming，duiyugebieguofenqianchong、過充燈根據問題加大
、減jian小xiao電dian池chi板ban麵mian積ji
，更geng換huan電dian池chi或huo燈deng珠zhu，根gen據ju每mei盞zhan路lu燈deng的de實shi際ji情qing況kuang靈ling活huo調tiao整zheng其qi配pei置zhi，可ke使shi每mei盞zhan燈deng都dou工gong作zuo在zai最zui佳jia狀zhuang態tai

，不bu但dan保bao證zheng了le正zheng常chang照zhao明ming
，而er且qie避bi免mian了le資zi源yuan浪lang費fei，也ye降jiang低di了le產chan品pin造zao價jia，具ju有you一yi定ding的de參can考kao和he推tui廣guang應ying用yong價jia值zhi。