中心議題：

• 學習自適應單純太陽能路燈控製器的設計
• 自適應單純太陽能供電路燈控製器設計特點及功能

解決方案：

• 采用PWM充電控製功能

• 采用合理的蓄電池充放電策略

大da陽yang能neng路lu燈deng以yi其qi無wu需xu鋪pu設she電dian纜lan，不bu消xiao耗hao常chang規gui能neng源yuan等deng優you點dian得de到dao了le廣guang泛fan認ren可ke。然ran而er太tai陽yang能neng路lu燈deng還hai存cun在zai一yi些xie問wen題ti造zao成cheng其qi成cheng本ben偏pian高gao
，可ke靠kao性xing不bu穩wen定ding
，

、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：第di一yi代dai功gong能neng比bi較jiao簡jian陋lou，開kai關guan燈deng控kong製zhi需xu要yao外wai接jie光guang敏min感gan應ying器qi
，定ding時shi時shi間jian不bu可ke設she置zhi，沒mei有you電dian池chi保bao護hu電dian路lu，係xi統tong壽shou命ming非fei常chang短duan暫zan，很hen快kuai就jiu被bei市shi場chang淘tao汰tai：第(di)二(er)代(dai)在(zai)第(di)一(yi)代(dai)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，設(she)置(zhi)了(le)電(dian)池(chi)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)，通(tong)過(guo)太(tai)陽(yang)能(neng)路(lu)燈(deng)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)搜(sou)集(ji)光(guang)敏(min)數(shu)據(ju)，通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)或(huo)程(cheng)序(xu)設(she)置(zhi)定(ding)時(shi)
，技(ji)術(shu)上(shang)有(you)了(le)階(jie)躍(yue)式(shi)的(de)發(fa)展(zhan)，逐(zhu)漸(jian)被(bei)市(shi)場(chang)接(jie)受(shou)：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。
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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)，太陽能電池組件的能量轉換效率最高。利用PWM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。
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tu2為太陽能路燈的開、關控製流程網。
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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5倍bei

，其qi實shi這zhe樣yang做zuo並bing不bu能neng解jie決jue問wen題ti。因yin為wei陰yin雨yu天tian工gong作zuo的de可ke靠kao性xing並bing不bu取qu決jue於yu電dian池chi的de容rong量liang，而er是shi由you很hen多duo因yin素su平ping衡heng而er定ding的de。根gen據ju當dang前qian地di理li位wei置zhi，季ji節jie，時shi間jian，氣qi象xiang條tiao件jian，光guang的de輻fu射she量liang，浮fu塵chen濃nong度du
，工gong作zuo環huan境jing以yi及ji剩sheng餘yu電dian量liang，自zi適shi應ying調tiao節jie燈deng的de亮liang度du，合he理li分fen配pei能neng量liang。由you於yu設she計ji為wei純chun太tai陽yang能neng供gong電dian，不bu考kao慮lv雙shuang電dian源yuan情qing況kuang
，所suo以yi要yao想xiang提ti高gao係xi統tong可ke靠kao性xing，唯wei一yi的de方fang案an就jiu是shi犧xi牲sheng燈deng的de亮liang度du。

根(gen)據(ju)當(dang)天(tian)用(yong)電(dian)前(qian)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)量(liang)和(he)當(dang)天(tian)的(de)充(chong)電(dian)量(liang)來(lai)進(jin)行(xing)白(bai)適(shi)應(ying)調(tiao)節(jie)
，在(zai)保(bao)證(zheng)正(zheng)常(chang)照(zhao)明(ming)的(de)同(tong)時(shi)

，使(shi)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)長(chang)期(qi)保(bao)持(chi)在(zai)高(gao)電(dian)位(wei)，並(bing)且(qie)使(shi)充(chong)放(fang)電(dian)深(shen)度(du)在(zai)30%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。
3）在線檢測電量

在zai太tai陽yang能neng路lu燈deng工gong作zuo開kai始shi之zhi前qian檢jian測ce出chu剩sheng餘yu電dian量liang，采cai用yong交jiao流liu壓ya降jiang內nei阻zu測ce量liang法fa測ce得de內nei阻zu值zhi，通tong過guo查zha做zuo好hao的de數shu據ju表biao，並bing進jin行xing數shu據ju校xiao正zheng，得de到dao對dui應ying的de電dian量liang值zhi。

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。
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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。
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。